当碳纳米管(CNT)纤维贵公司试图商业化时,您的工作量并不提供您的潜在客户所需的表现,其中包括美国空军和波音(芝加哥,生病,美国)?您枢转,返回绘图板,并使用您的先进材料和复合材料处理专业知识来开发其他解决方案。“我们经常使用纳米材料,但我们绝不是纳米材料公司,”Veelo技术首席执行官Joe Sprengard。“我们是一家专注于导电材料和非金属加热解决方案的先进材料公司。我们最初关注开发连续CNT纤维和床单的常见线程以及我们目前的产品组合 - 雷击保护(LSP)和电磁屏蔽,用于高效复合材料加工和非金属电热去冰系统的加热毯 - 是我们的能力开发新材料,不仅提供了新的性能水平,而且还满足了重量和成本要求。“

The company has scaled from four to 24 employees and moved into a new, 20,000-square-foot manufacturing facility in Woodlawn, a Cincinnati suburb located one mile from GE Aviation’s headquarters in Evendale and an hour south of the Air Force Research Laboratory (AFRL) at Wright-Patterson Air Force Base in Dayton, Ohio. Sprengard leads连续波借鉴了Veelo Technologies的新生产网站,通过公司从纳米材料供应商到高级广泛商品专家的进展,为未来复合材料的创新合作伙伴。

Veelo Technologies对CNT板材进行多功能复合材料及加工

从纳米到多功能复合材料和加工
Veelo Technologies通过开发连续的CNT纤维纸开始(左上方)但现在已经演变为在其产品中使用一系列材料进行雷击保护和用于复合材料的非金属加热毯,用于气球的复合材料处理和解冰系统(右下方)

CNT纤维和床单

Veelo Technologies最初是辛辛那提大学(UC)的一般纳米。The university had produced the world’s longest CNT arrays — 18 millimeters long — in 2007. “AFRL’s Materials and Manufacturing Directorate took an interest and began a multi-year evaluation,” explains Sprengard, who joined the company in 2009. “For the first three years, we were trying to figure out how to convert these long CNTs into high-strength, macro-scale fibers, which is what AFRL was interested in. But the properties never materialized.”

因此,公司枢转,开发一种方式将CNT转换为连续纸张。波音变得兴趣,将技术视为其需要对其复合飞机结构屏蔽的LSP和电磁干扰(EMI)屏蔽的潜在解决方案。“平均而言,商业飞机每1000小时闪电击中,”Spregend说。虽然碳纤维是导电的,但复合材料中的基质树脂不是。因此,碳纤维增强聚合物(CFRP)的空气结构在其777和787商用飞机上以创纪录的数量在膨胀的金属箔和其他金属溶液中依靠膨胀的金属箔和其他金属溶液,以便能够防止热量损坏电流。“但金属网是沉重的,产生大量的寄生体重,可以在复合部件中进行挑战,”Veelo Technologies产品开发工程师Larry Christy说。

到2015年,波音公司在全企业范围内推动开发下一代LSP解决方案,通用Nano是其主要合作伙伴。连续波2016年在2016年访问了一般纳米,在其基于辛辛那提的业务孵化器设施中的原始地点,该设施容纳了多个初创企业。Christy LED这是公司的实验室的游览,并讨论了技术演变随后正在进行中。“金属LSP和屏蔽的有效性随频率降低,”他解释说。“您需要提高电导率并减少阻抗,但厚度小于25微米。但是,CNT-TO-CNT连接点在片材内增加电阻。从2014到2016年,我们将电导率提高了12次,并证明了以200 [Megahertz] MHz的频率屏蔽的屏蔽液,具有25%的重量与金属。但我们仍然需要减少厚度。“

此时,该公司制定了在数百英尺的长度的5英尺长的基板上产生对齐的CNT。它还制造了20-克/平方米,2毫米厚的CNT纸和非织造材料 - 一种CNT连续非织造物 - 使用造纸设备的收费制造合作伙伴网络网络。“这种方法为我们提供了灵活性,”Christy解释说,“并允许我们专注于与客户合作,添加功能并定制我们产品的属性和格式。”公司也被要求制作连续录像带,它再次使用其收费网络进行。

枢轴到高性能广泛的商品

这种根据客户要求修改其产品的令人尊重和愿意是关键,大约十年的存在,该公司理解其未来可能与过去看起来很大。克里斯蒂解释了有多种需求,而不仅仅是为了LSP,而且还用于EMI屏蔽。“您必须为每个人定制电气性能。金属网格的特性是频率相关的,并且由于频率增加,因为从纸张中的孔泄漏而增加。我们的性能随着频率而上升,因为我们的产品持续没有孔,没有泄漏。CNTS高频率越高,因此它们对于高强度射频(HIRF)和高功率卫星通信应用而言。CNT也没有皮肤效果 这对金属来说是个问题。”集肤效应是指交流电避免通过导体的中心,而局限于导体的表面或集肤,这有效地减少了可承载电流的横截面积,增加了电阻。Christy继续说,“但是CNTs不能在低频率上竞争。它们的电导率不够高,而且信号损耗太大。所以,我们正在考虑混合动力车。”

“这导致了不基于纳米材料的其他片材,”Sprengard说。“我们已经开发了Veeloveil,LSP的金属化碳纤维解决方案,比膨胀铜箔(ECF)轻70%,并满足区域1A雷击保护要求。”区域1A包括弧形/鼻子,翼尖,露天和四肢,飞机的empennage,必须承受200,000个电流的电流,如美国联邦航空管理局(FAA)要求所定义的(见“复合飞机的LSP策略”复合结构的LSP)。“veeloveil是导电的四倍,而其他一半的重量与其他金属化非织造布相比,”他继续。“由于我们开发的化学和材料处理,这是可能的。”

Veelo Technologies Next-Gen LSP金属化碳纤维无纺布

下一个用于空气结构的LSP
商用飞机每1000小时平均地击中闪电。VEELOVEIL金属化碳纤维非织造件符合4A雷击射击保护区(LSP),复合飞机的要求低70%的重量与膨胀铜箔。通过自动纤维放置/胶带铺设(AFP / ATL)机器进行工程化,VEELOVEIL在单个80微米的厚度下提供破坏性导电性,并将总LSP材料和加工时间减少超过75%。

Spregard表示,航空航天行业目前没有用于LSP的碳纤维面纱,“因为没有产品足够的产品来满足区域1A要求。”veloveil已经设计成以每平方米40-50克的成分重量提供5-10毫升电阻率(较低电阻率是指更具导电材料),并使用单个80微米的厚度满足飞机LSP要求。“这使得材料非常悬垂,这导致光滑的表面饰面,而没有经常需要与ECF产品需要的孔隙填充后处理,”他指出。“这反过来又允许制造商使用较少的表面树脂,可节省材料和制造成本。我们已经被前三名的空气结构OEM告诉VEELOVEIL允许他们将总LSP材料和从20小时的加工时间降低到不到三个小时。“

VEELOVEIL以与ECF相同的产品形式提供,允许制造商使用它而不改变现有的制造过程。“我们所有的导电材料都是用于航空航天复合材料的,通过[自动纤维贴片] AFP机器进行工程化,”Spregard说。Veelo Technologies还在将Veeloveil集成到标准表面层产品中,与第1层航空前的前普雷普雷缩版商一起使用。

加热调整电导率

在Veloveil的开发期间,Spregend的团队意识到,定制其广泛货物的电导率的能力也可用于电热加热应用。这敞开了另一个产品家庭,Veeloheat。

“Veeloheat是一种基于碳的非金属材料,其集成到用于去冰的空气结构中,”Spregard说。注意这是不是碳纤维。“如今,飞机除冰系统通常使用金属线,这在耐久性方面存在问题,尤其是在旋翼机等高疲劳环境中。如果其中一条线路断了,系统就不能运行了。这些传统的金属除冰系统通常会出现故障,必须进行维修,这既费时又费钱。我们已经证明,我们的产品更耐用,这大大减少了飞机的停机时间。”他指出,这些产品确实被用于直升机的旋翼叶片,并在EVTOL(电动汽车起飞和降落)飞机上具有巨大的潜力。EVTOL(电动汽车起飞和降落)飞机目前正在为城市空中交通和下一代交通工具开发。

Spregard更接近,Spregard表示,Veeloheat产品计划在Q1 2020的一架固定翼商用飞机上飞行,以进行早期资格。“这项技术的吸引力毫不秘密,”他说,注意到柯林斯航空公司(现在将成为Raytheon的一部分)宣布了2017年1月宣布了基于CNT的去冰系统的独家许可。“他们知道市场状况良好,正在为未来定位自己。他们的投资是良好的迹象表明,这项技术领导的地方,“Spregend增加了。

Veelo Technologies测试Veeloheat毯产品

Veelo技术测试每个veelheat毯的温度输出和均匀性。

从去结合到复合加工和修复

几十年来,传统的热毯一直用于固化相对较小的区域——通常小于1平方米——复合材料结构的粘合围巾修复。这些热毯使用传统的金属线嵌入硅橡胶或其他材料(取决于所需的固化温度)。“类似于以金属为基础的除冰系统,如果一根电线断了,热毯就会变短,不再起作用,”Sprengard说。“我们已经利用我们的碳基除冰产品成为非金属加热毯,具有无与伦比的耐久性和悬垂性,以及性能。”后者的行业标准是3%的方差系数(COV),这是对加热产品的均匀性的衡量,包括覆盖到覆盖和边缘到边缘。的VeeloHEAT布兰科T在每平方英寸5瓦的典型能量输出处超过该标准。

Veelo的热毯可以产生高达550°F(288°C)的温度,可以是净形的,以适合零件和工具。“由于我们的能力制定化学品,并通过量身定制的电阻,因此可以提供这种能力。”Veelo Technologies在15个月内将这项技术商业化,现在正在全面生产。“我们看到这一产品系列中的非常好的增长,”他补充道,“现在正在制造大量的Veloheat毯子,用于将大型复合结构粘在高压釜中烤箱,利用多个温度区域和我们客户所要求的其他处理功能。“

Veelo Technologies在伍德伦设施中加热毯子

搬迁和斜坡生产
Veelo Technologies的新20000平方米。ft生产大厅提供了足够的空间来扩大VeeloHEAT毛毯的生产,该生产在生产转型的第一阶段进行了重新定位和提速。第二阶段将于2019年第三季度完成。

制造业满足客户需求

2018年10月,Veelo Technologies收到了确认,它赢得了一项要求立即加速的主要防御计划。“谢天谢地,我们发现了一个近乎完美的即将到来的准备设施,已经配备了我们所需的基础设施,我们需要达到地面运行,”Spregend Recalls。伍德拉机设施采用最先进的环境控制,照明和墙面环氧树脂地板 - 从客户业务之旅中的航空航天中的Sprengard笔记是标准的。“我们没有捷径 - 我们对最优质的材料和饰面的投资反映了我们未来的长期战略和愿景,”他解释道。该投资也在设施的访问控制和安全人员配置中看到,其国防合同所必需。

在2019年第二季度完成该设施的所需建立,之后,Veelo开始搬迁其生产线。“我们所有的设备都以近乎满全容量运行,这使得将所有线路移入新设施的挑战,”他承认。该公司于2019年7月完成了其制造过渡的阶段之一,重新迁移了Veeloheat毯线并将其升级恢复到全部生产。

新设施的大型开放式生产厅可从前大堂进入。右边是Veeloheat毯制造区。四个4英尺乘10英尺的上篮桌子用于将veloheat薄膜与其他材料层涂成形到形状的金属模塑工具上。然后将这些叠加在JPW工业炉提供的10×10英尺烤箱中固化(鳟鱼,Pa。,美国)。成品毯子被脱模并连接到电源线,其能够与计算机控制单元(热接收器)一起使用以固化复合层压材料和修理。每个VEELOHEAT橡皮布都经过测试的温度输出和均匀性。

VeeloHEAT毛毯成型为3D形状

更耐用和舒适的非金属热毯
尽管金属丝用于VeeloHEAT毡层(上图)生产中的金属工具加热,并在复合材料固化和修复期间将计算机控制单元(热粘结剂)的电流传递给毡层,但金属丝不用于内部。这使得这些非金属热毯能够以3D形状生产,不会出现导线断裂、短路和温度均匀性问题(热点和冷点)。内部的碳基VeeloHEAT薄膜可产生高达550°F(288°C)的温度,3% COV为5 W/in2。

就在热毯生产区域的后面是湿化学生产室。这里的工业设备来自马萨诸塞州东朗梅多(East Longmeadow)的Silverson Machine。,美国),Netzsch.(伯灵顿,质量。,美国)用于混合Veelo产品中使用的先进化学制剂。接下来是薄膜制造室,该室设有专有的制造Veelo的碳的Veeloheat薄膜系统,该薄膜在Veeloheat毯子里面的关键技术。左移动是veloveil生产区域。虽然在这次旅行时空空虚,但是veloveil生产的15英寸和36英寸宽的卷制造线均在8月份进入新设施。该公司也在设计60英寸线的过程中,以满足未来的需求。到10月,VEELO技术将拥有其所有产品线在一个屋檐下运行并升高生产。

新一代的解决方案

Veelo Technologies目前的成功之路是漫长的,而且并不总是一帆风顺。“是的,我们从纳米材料开始,我们仍然在这个领域保持着重要的专业知识,但我们的客户没有人关心我们是否使用纳米材料,”Sprengard说。“他们只关心我们是否提供了一个引人注目的解决方案,满足他们的业绩和投资回报率目标。例如,下一代除冰系统的产品在飞机上使用更少的能源,这为飞行器的设计和运营效率提供了新的机会。”

Spregard说,所有三个Veelo产品系列都在前进,要么被最终确定为OEM和供应商合格的产品列表(QPLS)或作为我们客户供应基础的零件号添加。“虽然公司现在所做的绝大多数是用于热固性复合材料,但他指出了它开始看热塑性复合材料和添加剂制造。

Veelo Technologies在哪里关注未来?“我们的首要任务是继续履行现有的订单和战略机会,”Spregard说。“市场正在推动我们满足新的需求水平,这是巨大而挑战的。剩下的重点是我们的首要任务。“

目标veelo现在已经为自己的韧性和宽容达到了12年来达到这一点。“如果你看看最好的航空航天复合供应商,如airtech.A&P Technologies“Spregard说,”他们在客户的发展周期早些时候在桌面上座位。成为这样的创新伙伴需要时间。“他补充道,“和承诺”。

Veelo Technologies团队

Veelo Technologies从四到24名员工缩放,并从纳米材料供应商演变为先进的广泛商品专家,即可为未来复合材料的创新合作伙伴,由波音公司认可为2015年的供货商。

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