預浸料的制備
注 試驗條件：恒溫干燥箱內進行，烘干時間為200s。
表5-3 烘干溫度和時間對浸膠布揮發(fā)份和不溶性樹脂含量的影響
注 試驗條件：臥式浸膠機中進行。
3）烘箱內部的氣流控制 在膠布的烘干過程中，膠布表面產(chǎn)生一定速度的氣流，使膠布表面揮發(fā)物的濃度降低，同時膠布表面上氣壓降低，有助于揮發(fā)物的排除。通常在膠布的烘干過程中，布面氣流速度控制在3~5m/s為宜。 4）膠布的牽引張力 膠布的牽引張力是通過浸膠機組的牽引裝置提供的，其大小取決于所用玻璃布的自重和玻璃布在運行過程中經(jīng)過導向輥、擠膠輥等裝置時產(chǎn)生的摩擦力。膠布的牽引張力不宜過大，否則會使膠布在運行過程中產(chǎn)生橫向收縮，縱向拉長變形。同時要求施加的牽引張力使膠布在運行時各部位張力基本一致，以確保膠布平整地進入浸膠槽。 三、膠布的質量指標及控制 浸膠布必須經(jīng)過三項質量指標的檢測，如三項指標合格，再經(jīng)外觀檢查后即可根據(jù)制品和成型工藝的要求進行裁剪。 浸膠布的外觀質量一般要求不能有油污、嚴重機械損傷和異?，F(xiàn)象、嚴重浮膠和含膠量不均，嚴防摻入其它雜質如粉塵、水分等。 1. 揮發(fā)份含量 揮發(fā)份含量通常是指膠布里的揮發(fā)性物質在膠布質量中所占的百分率，基層增強材料浸膠后所含的揮發(fā)份要求適中。如果含量過高，則會影響預浸料的絕緣性能、機械性能，導致產(chǎn)品表面氣泡，周圍邊緣氣泡排不干凈等；但也不能太低，因為這樣會影響生產(chǎn)效率，影響壓制工藝。一般預浸料的揮發(fā)份含量為1.8%~4%，而覆銅箔層壓板的膠布的揮發(fā)份含量必須控制在0.4%以下，卷管用膠布的揮發(fā)份含量應控制在1.5%~3%的范圍?？梢酝ㄟ^調節(jié)烘干溫度和時間來控制揮發(fā)份的含量。 其測定方法是：在經(jīng)過烘干的膠布上，取兩邊及中間不同部位的試樣三塊，規(guī)格為80mm×80mm，稱重為g1（精確至0.001g），放入（180±2）℃的烘箱內烘5min，取出后冷卻至常溫，稱重為g2。用下式計算：揮發(fā)份V=〔（g1- g2）/ g1〕×100%。 2. 不溶性樹脂含量 不溶性樹脂含量表示不溶性樹脂在樹脂總質量中所占的百分率。不溶性樹脂含量過高，會降低樹脂的粘結性，壓制時流動性不好；若含量過低，則意味著樹脂流動性好，但相應的揮發(fā)份也增加，壓制時流膠多，還可能造成樹脂滑出，造成浪費甚至使產(chǎn)品報廢。不同用途的膠布其要求的不溶性樹脂含量不同，卷管用膠布一般小于5%，而層壓用膠布一般為5%~30%。一般烘箱溫度高，烘干時間長，則不溶性樹脂含量上升，反之降低。 其測定方法是：在經(jīng)過烘干的膠布上，取兩邊及中間不同部位的試樣三塊，規(guī)格為80mm×80mm，稱重為g1（精確至0.001g），放入盛有溶劑的燒杯內溶解3次（依次為3min、3min、4min）。取出后放入（180±2）℃的烘箱內烘5min，取出后冷卻至常溫，稱重為g3，然后送入500~600℃的高溫爐內灼燒5~10min，取出冷卻至常溫，稱重為g4。用下式計算：不溶性樹脂含量C=〔（g1- g4）/ g1（1-V）- g4〕×100%。 3. 含膠量 不同規(guī)格的纖維織物，含膠量也各不相同，通常是用樹脂含量的質量百分率來表示。含膠量對制品的力學性能有很大影響，制品的其它性能如吸濕性、電氣性能及耐化學腐蝕性也取決于樹脂種類及其含量，因此在制造層壓板時，含膠量的控制極為重要。控制膠布含膠量的方法有：調節(jié)樹脂膠液的粘度、浸膠時間、刮膠輥的輥距等。 其測定方法是：將取出的膠布樣稱重為g1（精確至0.001g），送入500~600℃的高溫爐內灼燒5~10min，取出冷卻至常溫，稱重為g5。用下式計算：含膠量R=〔（g1- g5）/ g1〕×100%。也可利用測得的揮發(fā)份和不溶性樹脂的數(shù)據(jù)進行計算：含膠量R=〔（g1（1-V）- g5）/ g1（1-V）〕×100%。 對酚醛玻璃鋼來說，樹脂含量在25~46%范圍內時玻璃鋼的力學性能較高，樹脂含量在29±3%時力學性能最佳。表5-4所示為環(huán)氧酚醛—玻璃布含膠量與層壓板機械性能的關系，樹脂含量達40%左右時機械性能最好。 表5-4 環(huán)氧酚醛膠布的含膠量與層壓板的性能關系
表5-5 幾種常見玻璃布膠布的指標
浸膠工藝過程是連續(xù)的，用粘度被嚴格控制的樹脂浸漬連續(xù)纖維織物，經(jīng)過烘干，制得預浸料。以布為增強材料的預浸料稱為膠布，是玻璃布層壓板、玻璃鋼管和布帶纏繞玻璃鋼制品的原材料，膠布的質量是影響層壓產(chǎn)品的一個重要因素。
一、浸膠設備
制備浸膠布的主要設備是浸膠機，一般由送布架、熱處理爐、浸膠槽、烘干箱和牽引輥等部分組成。
浸膠機一般根據(jù)烘箱的形式分為立式和臥式兩種。立式浸膠機適用于拉伸強度較高的增強材料，如玻璃纖維布；占地面積小，但要求廠房較高，熱能利用率高，適合于大規(guī)模生產(chǎn)。臥式浸膠機適用于強度較低質量較小的增強材料，如紙；長度較長，占地面積大，熱能利用率低。圖5-2、圖5-3分別為立式浸膠機實物圖和示意圖。圖5-4、圖5-5分別為臥式浸膠機實物圖和示意圖。
浸膠機的性能和參數(shù)控制水平，影響膠布含膠量的均勻性、膠液的浸透性、流動性（可溶性的高低）和揮發(fā)份含量。下面介紹浸膠機中粘度調節(jié)系統(tǒng)、烘箱的結構和溫度控制、張力控制系統(tǒng)。
1.粘度調節(jié)
控制膠布縱橫方向含膠量的均勻性及浸透性是關鍵。先將膠液調至所需的粘度，一般在粘度調節(jié)鍋里完成。配置的設備有：攪拌器、粘度控制器、液位計、循環(huán)泵、恒溫控制系統(tǒng)。粘度控制器控制溶劑的流入量。液位計調節(jié)鍋容量（即膠液的補充）。循環(huán)泵將浸漬槽溢流膠液泵入調節(jié)鍋再進行粘度調節(jié)。在溫度恒定的條件下，整個生產(chǎn)過程中膠槽里的膠液粘度基本不變。
浸膠機將粘度調節(jié)鍋里的膠液浸漬到玻璃布（紙）中去，一般采用單面擠膠、全浸膠、擠膠三步完成。單面擠膠的目的是使玻璃布（紙）中的空氣排出，利于浸透。單面擠膠目前國內外使用的有3種方法，即單面淋膠、單輥單面反擠膠、單面噴膠。全浸膠的目的是保證玻璃布（紙）再一次浸透。擠膠是利用高精度計量輥將玻璃布（紙）上多余的膠液擠出。兩輥之間的間隙可以調節(jié)或打開。兩輥反向轉動，可正轉、反轉。輥筒的精度：同軸度小于5/1000，直線度小于2/1000。兩輥靠攏間隙小于0.0125mm，目的為例保證膠布（紙）橫向膠含量的均勻性，膠含量不均勻性不大于±1%，同時可以保證層壓成型時板子厚度的均勻性。
2.烘箱
烘箱的作用是將浸膠后膠布（紙）中的溶劑、低分子物除去，并使樹脂進一步反應，因此烘箱的溫度的高低和精度及干燥方式尤為重要。
溫度高低隨膠液體系而定，與工藝速度也有關。一般分區(qū)控制溫度，控制精度為±1℃（烘箱橫斷面）。立式浸膠機烘箱分3段加溫區(qū)：底部進口段（60~80℃）、中間段（80~100℃）和頂部段（130℃以下）。也可根據(jù)產(chǎn)品的要求進行多段控制，各段的溫度應根據(jù)樹脂種類和層壓工藝的要求而定。臥式浸膠機烘箱分3段加溫區(qū)：進口段（100~110℃）、中間段（130~150℃）和出口段（100℃以下）。
干燥方式有兩種：熱風噴射循環(huán)式和遠紅外線加熱微風循環(huán)式。熱風噴射循環(huán)式加熱方式為目前國內外使用較多的裝置，各廠商生產(chǎn)的也有區(qū)別，區(qū)別為噴嘴的結構和回風不同。噴嘴有矩形和孔板型，矩形噴射的熱風為線狀，而孔板式的為寬帶狀，后者對膠布表面沖擊力小，對膠布表面平滑影響小。循環(huán)回風也有兩種：單向回風、兩噴嘴之間回風，后者較前者烘箱橫向溫度場均勻性好，對膠布橫向流動度均勻性好，對板子成型和厚度控制有利。
遠紅外線加熱方式是利用低溫遠紅外線易穿透高分子物的特點，可從布內外加熱，干燥效果好，效力高，烘箱的長度可縮短1/3左右。烘箱內采用微風循環(huán)，布在烘箱內擺動小，布面質量好，所需的張力小，膠布內應力也減小。
烘箱供熱方式有蒸汽、熱水、導熱油、熱風4種，從環(huán)保和節(jié)能的角度考慮，一般配置廢氣焚燒爐，即將烘箱中膠布在烘干過程的揮發(fā)物排至焚燒爐內焚燒（燃燒室溫度為760℃），利用空氣-空氣或空氣-燃油交換器，將新鮮空氣加熱至400-500℃（導熱油為300℃左右）送至烘箱作為熱源，且廢氣焚燒效率可達95%以上，節(jié)能達30%以上，是一種較好的供熱方式，達到環(huán)境保護的要求。
3.張力和同步
張力和同步兩者為統(tǒng)一控制，同步控制中包含張力控制，張力控制反過來為同步服務。同步只是相對的，整個布和膠布運行過程只是相對同步的，但每一段張力控制瞬時是不同的，因此一般張力控制也分段進行。一般分為3段，即從開卷至前牽引、前牽引至轉向區(qū)（立式）、轉向區(qū)至后牽引，目的是根據(jù)每段所需的張力不同可分別設定或整定。
張力大小和穩(wěn)定直接影響同步控制和瞬時各段布的速度變化，對膠布的含膠量的縱向均勻性有直接影響（膠液粘度穩(wěn)定性同時也有影響）。同時對膠布的內應力的變化也有直接影響。因此，張力控制的穩(wěn)定也就是同步的穩(wěn)定，瞬時速度變化越小越好，一般張力控制精度可達±2N以上最好。
二、浸膠工藝過程
織物以一定的速度均勻向前移動，經(jīng)過浸膠槽，浸漬一定量的樹脂溶液，再經(jīng)過烘干爐，除去大部分溶劑等揮發(fā)物并使樹脂有一定程度的固化，最后裁切成膠布塊或膠布帶。玻璃膠布的質量指標主要有三項：樹脂含量、不溶性樹脂含量和揮發(fā)物含量。
1.增強材料的處理
為了使增強材料和樹脂基體之間有較強的粘接性，常用有機偶聯(lián)劑對增強材料進行表面處理，特別是玻璃纖維，如果不進行表面處理，很難制成增強復合材料制品。常用的處理方法有熱處理、化學處理兩種。
1）熱處理法
熱處理采用熱處理爐，在350~450℃溫度下，連續(xù)處理1~5min；或在280~300℃溫度下，加熱15~30min。處理后的纖維為棕黃色，表面漿料殘余量為0.1%左右。但處理后強度下降約20~30%。
2）化學處理法
分為前處理法、后處理法和遷移處理三種。前處理法是在紡織過程中將偶聯(lián)劑加入到紡織漿料中，在纖維抽絲過程中處理；后處理法是將玻璃纖維通過熱處理后，殘余漿料大于1%時，再用偶聯(lián)劑溶液處理；遷移法是將偶聯(lián)劑直接加入樹脂中，再浸漬纖維及其織物。
2.預浸織物
影響浸膠的主要因素有膠液的濃度、粘度、浸漬時間，此外浸漬過程中的張力、擠膠輥等的密切配合也應予以注意。
1）膠液的濃度 膠液的濃度是指樹脂質量在浸漬溶液總質量中所占的百分率，它直接影響樹脂溶液對織物的滲透能力和織物表面粘結的樹脂量。另外，膠槽內膠液濃度是否均勻也是影響膠布均勻性的一個重要因素。由于膠液濃度和密度受溫度影響，還應根據(jù)環(huán)境條件來確定膠液的密度。采用不同織物、不同樹脂時，膠液濃度也不一樣，在實際生產(chǎn)中，通常測量和調節(jié)相對密度來控制膠液的濃度，不同規(guī)格織物所采用的膠液密度見表5-1。
表5-1 不同規(guī)格布所采用的膠液密度
|
項目 布 |
厚度/mm |
經(jīng)向密度/(根/cm) |
緯向密度/(根/cm) |
樹脂 |
含膠量 /% |
膠液相對密度（膠槽） |
|
玻璃布 |
0.2±0.01 |
18±1 |
14±1 |
氨酚醛 |
29±3 |
1.07~1.09 |
|
0.2±0.01 |
18±1 |
14±1 |
氨酚醛 |
33±3 |
1.10~1.12 |
|
|
0.2±0.01 |
18±1 |
14±1 |
環(huán)氧酚醛 |
33±3 |
1.06~1.08 |
|
|
0.2±0.01 |
18±1 |
14±1 |
鋇酚醛 |
32±3 |
1.07~1.09 |
|
|
0.1±0.005 |
20±1 |
20±1 |
氨酚醛 |
35±3 |
1.02左右 |
|
|
0.1±0.005 |
20±1 |
20±1 |
鋇酚醛 |
33±3 |
1.03~1.05 |
|
|
0.1±0.005 |
20±1 |
20±1 |
環(huán)氧酚醛 |
35±3 |
1.00~1.02 |
|
|
0.165（人字紋） |
16±1 |
16±1 |
環(huán)氧634 |
41~43 |
1.035~1.039（夏） 1.045~1.046（冬） |
|
|
高硅氧布 |
0.25±0.015 0.25±0.015 |
12±1 12±1 |
12±1 12±1 |
鋇酚醛 氨酚醛 |
40±3 37±3 |
1.06~1.08 1.045~1.06 |
|
滌綸布 |
鋇酚醛 |
35~43 |
1.01~1.04 |
|||
2）膠液的粘度 膠液的粘度直接影響到織物的浸漬能力和膠層的厚度。若膠液的粘度太大，纖維織物不易滲透；粘度過小，會導致膠布的含膠量太低。由于它與樹脂的濃度、溫度有關，故一般可用膠液濃度和浸膠環(huán)境溫度來控制。控制浸膠溫度的方法有兩種：浸膠廠房實行空調恒溫、膠槽采用夾套式恒溫。
3）浸膠時間 浸膠時間是指纖維織物通過膠液的時間。實踐證明，一般浸膠時間不宜低于30s，時間過短會導致膠布含膠量不夠，或使膠液大部分浮在織物表明，影響膠布質量；但時間過長也會影響生產(chǎn)效率，應根據(jù)實際情況進行合理控制。
4）張力 在浸膠過程中，纖維織物所受張力的大小和均勻性會影響膠布的含膠量和均勻性，張力的大小應根據(jù)織物的規(guī)格和特性來決定，不應太大，否則使玻璃布在運行過程中產(chǎn)生橫向收縮和變形。玻璃布的變形會對層壓板的平整度產(chǎn)生很大影響，因此浸膠過程中應嚴格控制纖維織物所受的張力及其均勻性。
5）浸漬方法 浸膠工序中膠液必須浸透玻璃布。低捻布或薄玻璃布可采取一次浸漬法，而厚玻璃布應采取兩次浸漬法。第一次浸漬時膠液由玻璃布的一面向另一面滲透，第二次浸漬時，達到上下表面充分浸透，再經(jīng)過對擠輥或刮膠裝置，達到所需樹脂含量。這種浸漬方法既可充分排出玻璃布內的氣泡，又能使樹脂浸透玻璃布。
6）其它因素 擠膠輥的作用是幫助織物浸透膠液，同時保證織物表面均勻地涂上一薄層膠液，控制含膠量。稀釋劑對織物的浸透和含膠量也有一定的影響，一般要求稀釋劑能充分溶解樹脂，在常溫下?lián)]發(fā)慢，沸點低，無毒或低毒，如果一種溶劑不能同時滿足要求可采用混合溶劑。此外，樹脂品種、玻璃布規(guī)格都對浸膠過程有影響，生產(chǎn)中應根據(jù)具體情況，結合實踐經(jīng)驗和試運行效果，確定合適的工藝參數(shù)。
3.預浸料的干燥
纖維織物浸膠后必須進行干燥處理，除去預浸料里的溶劑、水分及揮發(fā)物，同時使少量樹脂進一步聚合。預浸料的揮發(fā)物含量、可溶性樹脂含量就決定于此工序。
預浸料的干燥是一個復雜的物理變化和化學變化的過程。熱固性樹脂浸漬的預浸料的干燥，包括除去浸膠織物中揮發(fā)份和少量樹脂由A階段轉變?yōu)锽階段兩個過程。烘干過程主要控制溫度和時間兩個參數(shù)，根據(jù)樹脂類型來確定，同時考慮浸膠布的厚薄、設備運行情況等。
1）烘干溫度 控制的原則是確保樹脂反應不過早地由A階段轉變?yōu)锽階段，使預浸料的干燥過程能夠很好地按表面汽化控制，將物料內的揮發(fā)物充分汽化并擴散到空氣中，同時部分樹脂緩慢、均勻地由A階段轉變?yōu)锽階段。
2）烘干時間 烘干時間取決于膠布里樹脂的可溶性成分的含量及其流動性。烘干時間過長，會使膠布不溶性樹脂含量迅速增加，影響浸膠布質量；烘干時間過短則會使浸膠布的揮發(fā)份含量過高，造成制品質量下降。在烘箱溫度固定的條件下，烘干時間=烘箱長度（高度）/膠布（紙）運行速度。
烘干溫度和烘干時間對浸膠布揮發(fā)份和不溶性樹脂含量的影響見表5-2、表5-3。試驗所用原材料為616酚醛樹脂和0.2mm無堿平紋玻璃布，含膠量為（29±3）%。
表5-2 烘干溫度對浸膠布揮發(fā)份和不溶性樹脂含量的影響
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溫度（℃） |
100 |
105 |
110 |
115 |
120 |
125 |
130 |
135 |
140 |
145 |
|
揮發(fā)份（%） |
5.11 |
4.23 |
3.85 |
3.47 |
3.41 |
1.70 |
1.25 |
1.32 |
1.04 |
0.86 |
|
不溶性樹脂含量（%） |
—— |
—— |
—— |
0.54 |
1.16 |
26.0 |
55.6 |
59.3 |
76.7 |
90.4 |
|
時間（分） |
||||||
|
5 |
7 |
10 |
15 |
20 |
||
|
110 |
揮發(fā)份（%） 不溶性樹脂含量（%） |
3.26 —— |
3.16 —— |
3.02 —— |
2.38 22.3 |
2.13 37.7 |
|
115 |
揮發(fā)份（%） 不溶性樹脂含量（%） |
3.12 2.50 |
2.55 5.85 |
2.12 30.2 |
2.17 56.8 |
1.64 49.3 |
|
120 |
揮發(fā)份（%） 不溶性樹脂含量（%） |
2.50 12.0 |
1.66 42.0 |
1.72 57.5 |
1.60 62.0 |
0.95 78.0 |
|
樹脂含量（%） |
彎曲強度（MPa） |
拉伸強度（MPa） |
沖擊強度（Kj/m2） |
|
60 |
107.3 |
64.6 |
23 |
|
51.2 |
143.4 |
86.5 |
34.2 |
|
45.1 |
140.6 |
89.0 |
46.2 |
|
40 |
179.0 |
120.9 |
49.5 |
|
37 |
177.5 |
116.6 |
45.7 |
含膠量對電性能的影響，一般是隨含膠量的增加制品的絕緣性能提高，這對于含膠量小于60%的層壓板尤為明顯。
含膠量對層壓板的吸水性和比重也有明顯的影響，一般是層壓板的吸水性隨樹脂含量的增加而降低，比重也隨樹脂含量的增加而減小。
4.流動性
物料的流動性也與可溶性樹脂含量一樣，要求適中。如果流行性好，膠布里的樹脂顯得“嫩”，說明可溶性樹脂含量高；反之，膠布里的樹脂較“老”，可溶性樹脂含量較低。
流動性與膠布中含膠量、不溶性樹脂含量和揮發(fā)份含量之間存在一定的相互關系，含膠量和揮發(fā)份含量增加，則流動性增大，不溶性樹脂含量增加，則流動性降低。
流動性的測定方法是：將76mm×76mm的正方形膠布（或ø76mm的圓形膠布）試樣，取12層疊合在一起，放入預先加熱至160℃的175cm2的不銹鋼板中，立即施加(6.0~7.0)MPa的壓力，保溫(3~5)min至不再產(chǎn)生流膠為止，取出試樣，測量各邊流膠量的最大長度，然后取平均值（用mm表示），即為膠布的平均流動度。該方法適用于層壓用膠布，其流動度一般控制在(20~30)mm之間。
膠布質量指標的選定，應根據(jù)所用樹脂的性能及制品的性能要求，經(jīng)過一些必要的試驗來加以確定。幾種常見玻璃布膠布的指標見表5-5。
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膠布名稱 膠布指標 |
3240酚醛環(huán)氧玻璃布 |
3230酚醛樹脂膠布 |
FR-4環(huán)氧玻璃布 |
酚醛改性二苯醚膠布 |
|
含膠量（%） |
38~42 |
38~42 |
41~43 |
38~42 |
|
揮發(fā)份含量（%） |
1~1.6 |
≤4 |
<1 |
1~1.2 |
|
可溶性樹脂含量（%） |
>80 |
70~85 |
60~80 |
80~90 |
四、膠布的存放
浸膠布在存放過程中，不溶性樹脂含量隨著時間增加而增長，尤其當環(huán)境溫度較高時，這種增長尤為明顯。環(huán)境濕度對膠布的存放也有影響，一般來說濕度不宜過高。存放時間過長時，膠布變老、發(fā)脆；環(huán)境的溫度、濕度過高時，膠布會發(fā)粘、流膠，甚至不能使用。
不同類別的膠布對存放條件的敏感度不同，所以在貯存膠布時要考慮所用樹脂的性能。如果環(huán)境溫度低于20℃，一般酚醛膠布可存放一個月左右，環(huán)氧酚醛膠布也可做短期存放。為了保證質量指標的穩(wěn)定，膠布應貯存在干燥室內，嚴格控制室內溫度和濕度。
五、浸膠中易產(chǎn)生的問題和解決方法
綜上所述，影響膠布的質量因素很多，而各因素之間又相互聯(lián)系，一旦出現(xiàn)異常情況，要冷靜分析情況，找出原因，確保生產(chǎn)的正常進行。生產(chǎn)中較常見的問題及解決措施見5-6。
表5-6 生產(chǎn)中出現(xiàn)的問題分析和對策
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問題 |
原因 |
對策 |
|
膠布的含膠量不均 |
1）膠液不均勻 2）浸膠時張力不均 |
1）攪勻膠液 2）調節(jié)張力 |
|
膠布的流動性、揮發(fā)份含量突然增大 |
1）烘箱溫度沒有調節(jié)好，風量不均 2）浸膠速度過快 |
1）待烘箱溫度達到要求后再開動機器 2）適當調節(jié)浸膠速度 |
|
膠布上有黑斑或黑點污跡 |
烘箱出口處墻壁和排風管口上有積聚的低分子物 |
用棉布將墻壁和排風管口擦干凈 |
|
擠壓輥間發(fā)生多層布反卷 |
膠布運行速度與收卷速度不同步 |
立即停止電機運轉，檢修擠壓輥 |
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