CN101092067B - 一种环保湿巾及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种环保湿巾及其制备方法,该环保湿巾是由用聚乳酸树脂为原料生产纺粘无纺布制作而成。其制备方法是将聚乳酸树脂原料干燥至含水率在50ppm以下,加热挤压熔融并清除熔体杂质;在不超过250℃的条件下进行纺丝,冷却形成聚乳酸初生长丝;对聚乳酸初生长丝进行气流牵伸,形成的聚乳酸长丝后铺置成网,加固形成聚乳酸纺粘无纺布,最后分切浸泡。该方法生产湿巾,原料来源广泛,成本的低廉,手感柔软、抗皱耐用且不刺激皮肤,不依靠天然石化资源,同时聚乳酸纤维易降解,废弃湿巾不会造成“白色污染”;而且该方法生产流程短,能耗小,在生产过程中几乎不产生任何废水废气。

Description

一种环保湿巾及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种环保湿巾及其原料的制备方法,尤其涉及采用无纺布为主要原料的湿巾及其制备方法。
背景技术
随着社会经济的发展和人民生活水平的提高,湿巾已经成为人们生活的必需品之一,消耗量也越来越大。目前,湿巾主要有湿纸巾和湿毛巾两大类。除消毒液之外,用于制造湿纸巾的原料主要有纸巾纸和水刺无纺布。纸巾纸的生产原料主要为木浆,但也有少量的企业以经简单脱墨漂白处理的混合废纸浆、白边纸、稻麦草浆、蔗渣浆、造纸尾浆、废棉浆等生产纸巾纸;而水刺无纺布主要是利用涤纶、棉纶、丙纶、粘胶纤维等原料通过将高压微细水流喷射到一层或多层纤维网上,使纤维相互缠结在一起,从而使纤网得以加固而具备一定强力即水刺工艺制造而成。二者虽然利于广泛,但生产工艺复杂、成本较高、能耗大、容易产生大量的水污染且不易回收利用、不易分解。湿毛巾原料主要采用棉纱织造而成,虽然污染不大,循环利用率高,但是在其生产过程中的漂染工序同样会产生大量的水污染。
发明内容
本发明目的是为了完善上述产品生产过程中及产品本身存在的种种不足,而提供一种采用聚乳酸(Poly(lactic acid))(PLA)纺粘无纺布为原料制造的湿巾及其无纺布的制备方法,该湿巾除具备一般湿纸巾特性外,还具有生产流程短、制造成本低、可生物降解等特性。
该环保湿巾,是由采用聚乳酸树脂为原料生产的纺粘无纺布制备而成。
该环保湿巾的制备方法,包括以下步骤:
a、首先将聚L-乳酸树脂原料干燥至含水率在50ppm以下,进行加热挤压熔融并清除熔体杂质;
b、然后在不超过250℃的温度范围进行纺丝,并进行空气冷却,形成聚乳酸初生长丝;
c、对所述聚乳酸初生长丝进行气流牵伸,牵伸速度控制在3000m/min~5000m/min之间,形成的聚乳酸长丝;
d、将上述聚乳酸长丝铺置成网,然后加固形成聚乳酸纺粘无纺布;
e、将上述无纺布分切,浸泡至饱和,制作成品。
所述的环保湿巾的制备方法,其工艺流程如下:聚L-聚乳酸切片→干燥→螺杆熔融挤出→过滤→计量→纺丝→空气冷却→气流牵伸→成网→加固→无纺布成品→分切→浸泡→成品。
所述的环保湿巾的制备方法,其中:所述聚L-乳酸树脂优选熔融指数为30左右不含水分的聚L-乳酸树脂。
所述的环保湿巾的制备方法,其中:所述聚乳酸树脂原料干燥的条件是在80℃~90℃环境下,用低于零下30℃的露点干燥空气以高于0.015m3/min的流速进行干燥至少4小时。
所述的环保湿巾的制备方法,其中:所述聚乳酸树脂加热挤压熔融时,采用长径比为24~30、压缩比为3的螺杆挤出机;所述螺杆挤出机采用三段加热,各段温度依次为:喂料段23℃~27℃,一区段195℃~205℃,二区段215℃~225℃,三区段225℃~235℃,四区段230℃~240℃,纺丝泵235℃~240℃。
所述的环保湿巾的制备方法,其中:所述纺丝的纺丝头温度与所述纺丝泵的温度相同,采用孔径为0.2mm-0.35mm之间、长径比为2~4的喷丝板;在所述喷丝板侧面的单体抽吸装置以距第一排长丝的距离为依据,单体抽吸排放速度设在0.5m/s~1m/s之间。
所述的环保湿巾的制备方法,其中:所述熔体杂质清除的预过滤程度应达到20微米,精过滤器的过滤网高于300目。
所述的环保湿巾的制备方法,其中:所述冷却条件为:骤冷空气控制在距所述喷丝板15mm~180mm的范围内,流速在0.5m/s~1m/s之间,骤冷空气温度为15℃~20℃。
所述的环保湿巾的制备方法,其中:所述加固为针刺加固法,工艺步骤为:喂入→下针刺→引出→喂入→上针刺→引出。
所述的环保湿巾的制备方法,其中:所述加固为热轧加固。
该方法生产湿巾,原料来源广泛,成本的低廉,如玉米淀粉,完全不依靠天然石化资源,间接减少石油化工对大气污染及其废弃物对环境的破坏;同时聚乳酸(PLA)纤维埋入土中2-3年后强度会消失;如果与其他废弃物一起堆埋,几个月内便会分解,降解产物为无害的乳酸及二氧化碳和水,因此废弃湿巾不会造成“白色污染”。而且该方法生产流程短,能耗小,在生产过程中几乎不产生任何废水废气;成品湿巾售价更低,使用起来手感柔软、抗皱耐用且不刺激皮肤。
附图说明
图1是聚乳酸树脂原料含水率与干燥时间的关系图。
具体实施方式
本发明的环保湿巾,是由采用聚乳酸树脂为原料生产的纺粘无纺布制作而成。用于制作该环保湿巾的纺粘无纺布的制备方法,是将聚乳酸树脂原料干燥至含水率在50ppm以下,进行加热挤压熔融并清除熔体杂质;然后在不超过250℃的温度范围进行纺丝,并进行空气冷却,形成聚乳酸初生长丝;对所述聚乳酸初生长丝进行气流牵伸,牵伸速度控制在3000m/min~5000m/min之间,形成的聚乳酸长丝;将上述聚乳酸长丝铺置成网,然后加固形成聚乳酸纺粘无纺布;将上述无纺布分切、浸泡后,制作成湿巾。以下对此进行详细说明。
聚乳酸的原料是乳酸,即-羟基丙酸、2-羟基丙酸。由于乳酸分子中有一个不对称碳原子,所以具有d-型(右旋光)和L-型(左旋光)两种对映体,等量的L-乳酸和d-乳酸混合而成的dL-乳酸不具旋光性。成纤聚乳酸以L-乳酸为单体。L-乳酸的工业化生产主要有微生物发酵法和化学合成法两大类。中国发酵乳酸工业主要采用玉米、大米、薯干粉等为原料,以谷糠、麦皮等为辅料,以α-淀粉酶、糖化酶为液化剂、糖化剂,CaCO3为中和剂,经发酵生产乳酸钙,再进一步酸化纯化得到乳酸产品。
聚乳酸有两种合成方法,即丙交酯(乳酸的环状二聚体)的开环聚合和乳酸的直接聚合。丙交酯开环聚合生产工序为:先将乳酸脱水环化制成丙交酯;再将丙交酯开环聚合制得聚乳酸。其中乳酸的环化和提纯是制备丙交酯的难点和关键,这种方法可制得高分子量的聚乳酸,也较好地满足成纤聚合物和骨固定材料等的要求。乳酸直接缩聚是由精制的乳酸直接进行聚合,是最早也是最简单的方法。该法生产工艺简单,但得到的聚合物分子量低,且分子量分布较宽,其加工性能等尚不能满足成纤聚合物的需要;而且聚合反应在高于180℃的条件下进行,得到的聚合物极易氧化着色,应用受到一定的限制。
由于原料原因,聚乳酸有聚d-乳酸(PDLA)、聚L-乳酸(PLLA)和聚dL-乳酸(PDLLA)之分。由于聚L-乳酸(PLLA)更为易得,生产纤维一般优选采用聚L-乳酸。
本发明的采用聚乳酸为原料生产纺粘无纺布的流程如下:聚乳酸切片→干燥→螺杆熔融挤出→过滤→计量→纺丝→空气冷却→气流牵伸→成网→针刺加固(或热轧加固)→分切成卷→成品。以该制得的无纺布制作湿巾的流程为:无纺布成品→分切→浸泡→湿巾成品。
由于聚L-乳酸在熔融状态下极聚水解,因此要求在进入熔融状态时,其含水率尽可能低,所以在喂料之前须进行干燥。在生产中一般采用不含水份的聚乳酸树脂,优选熔融指数为30左右不含水分的聚L-乳酸(PLLA)为原料;如若采用含有水份的原料则需要相应的增加干燥时间。
如图1所示,当在80℃~90℃环境下进行干燥时,干燥时间至少达4小时,聚乳酸树脂原料的含水率才降到50ppm以下;而且含水率低于50ppm后继续干燥收效甚微。因此最佳干燥条件是:在80℃~90℃环境下,用低于一30℃的露点干燥空气以高于0.015m3/min的流速进行干燥至少4小时以上,直到含水率在50ppm即百万分之50以下,然后进行熔融纺丝;
在对聚乳酸树脂加热挤压熔融时,可采用长径比为24~30、压缩比为3的螺杆挤出机进行聚乳酸的纺丝;纺丝螺杆可采用三段加热,纺丝温度不用超过250℃,否则易使聚乳酸高分子链段裂解,进而影响下一步牵引丝的拉伸,造成大量断丝。纺丝螺杆采用四段加热时,各段温度可依次为:喂料段23℃~27℃,一区段195℃~205℃,二区段215℃~225℃,三区段225℃~235℃,直杆段230℃~240℃,纺丝泵温度235℃~240℃;
聚乳酸树脂被螺杆积压熔融后,其熔体杂质要清除干净,熔体预过滤程度应达到20微米,精过滤器的过滤网宜选用高于300目,这样有利于纺丝工序的顺利进行;
在进行纺丝时,喷丝板孔径宜选择0.2mm-0.35mm之间、长径比为2~4的范围,纺丝头的温度与纺丝泵的温度相同,在235℃~240℃的范围内,力求减小聚乳酸熔体在喷丝板出口的孔口胀大效应,保证熔体流量的稳定,在喷丝板侧面的单体抽吸装置必须加以控制,不能过量抽吸以至带走冷却风,以距第一排长丝的距离为依据,单体抽吸排放速度最佳设在0.5m/s~1m/s之间;
对从喷丝板挤出的聚乳酸初生长丝进行冷却,冷却速度要进行控制,冷却不足拉伸后的结晶体不能在充分稳定的保存下来,使长丝纤维强度降低,但冷却过强,大分子链段趋向结晶困难,形成的长丝强度小,韧性差,拉伸易断丝,因此冷却条件要适当,当骤冷空气控制在距喷丝板15mm~180mm的范围内,流速在0.5m/s~1m/s之间时,骤冷空气温度可设为15℃~20℃;
在适当冷却后对聚乳酸树脂初生长丝进行气流牵伸,为平衡牵伸形成长丝的分子取向度和结晶体的稳定性,牵伸速度可控制在3000m/min~5000m/min之间;
最后经过牵伸后形成的高度取向与结晶的聚乳酸长丝杂乱散落堆积在网帘上,铺置成网,再加固形成聚乳酸纺粘无纺布。加固可采用针刺加固法或热轧加固法。
用此方法生产出来的无纺布具有较好的亲水、可染、抗菌防霉、耐紫外线等性能,产品手感柔软、抗皱耐用、不刺激皮肤、快速吸干和速干,具有丝绸般的光泽和悬垂性。
将成品聚乳酸针刺(纺粘)无纺布分切成所需大小和形状的切片放入盛有相应浸液成分的容器中反复浸渍,该溶液根据湿巾的具体用途进行配置而成,使其吸足溶液后密封包装即可制成各种常用湿巾,如:普通型、消毒型、护理型。
PLA环保湿巾除拥有一般湿巾的功能外,还具有以下有益效果:
由于原料来源广泛,如玉米淀粉,完全不依靠天然石化资源,间接减少石油化工对大气污染及其废弃物对环境的破坏。采用纺粘法生产无纺布原料,生产流程短,能耗小,且在生产过程中几乎不产生任何废水废气。
由于成本的低廉和原料特性的优越,成品湿巾售价更低,使用起来手感柔软、抗皱耐用且不刺激皮肤。
聚乳酸(PLA)纤维埋入土中2-3年后强度会消失;如果与其他废弃物一起堆埋,几个月内便会分解,降解产物为无害的乳酸及二氧化碳和水。因此,废弃湿巾不会造成“白色污染”。
下面再结合具体的实施例对本发明做进一步的说明:
实施例一
采用熔融指数为30左右不含水分的聚L-乳酸为原料,首先在80℃环境下用低于-30℃的露点干燥空气以高于0.015m3/min的流速进行干燥6小时,直到含水率在50ppm以下,然后进行输料;
采用长径比为24、压缩比为3的螺杆挤出机,纺丝螺杆采用四段加热,各段的温度依次为:喂料段25℃,一区200℃,二区220℃,三区230℃,四区235℃,纺丝泵温度235℃;
聚乳酸树脂挤压熔融后,清除杂质;杂质清除的预过滤程度应达到20微米,精过滤器的过滤网选用400目过滤网;
纺丝时,喷丝板孔径为0.2mm、长径比为2,纺丝头的温度与纺丝泵相同为235℃;喷丝板侧面的单体抽吸装置以距第一排长丝的距离为依据,单体抽吸排放速度设在0.5m/s;
表1 牵伸单纤特征
    牵伸单纤特征     取值
    线密度(gms/9000m)     1-2
    比重(g)     14-24
    平均直径r(um)     9
    牵伸单纤特征     取值
    沸水收缩率(60℃)MD%CD% 2.5-241.1-3.1
    空气收缩率(60℃)MD%CD% 0.3-1.00.2-1.0
    延伸度MD%CD% 21-2617-24
对从喷丝板挤出的聚乳酸初生长丝进行冷却,骤冷空气控制在距喷丝板15cm~120cm的范围内,流速1m/s,骤冷空气温度设为18℃;
在适当冷却后对聚乳酸初生长丝进行气流牵伸,牵伸速度可控制在4000m/min-5000m/min之间。
经过上述条件,所得的聚乳酸牵伸单纤性能如表1:
将经过牵伸后形成的高度取向与结晶的聚乳酸长丝杂乱散落堆积在网帘上,铺置成网;再经过加固成无纺布成品,将无纺布剪切成块,在溶液中浸泡至饱和状态,进行包装,完成湿巾制作过程。
实施例二
采用熔融指数为30左右不含水分的聚L-乳酸为原料,首先在80℃环境下用低于零下30℃的露点干燥空气以高于0.015m3/min的流速进行干燥6小时,直到含水率在50ppm以下,然后进行输料;
采用长径比为28、压缩比为3的螺杆挤出机,纺丝螺杆采用四段加热,各段的温度依次为:喂料段25℃,一区195℃,二区215℃,三区225℃,四区230℃,纺丝泵温度235℃;
聚乳酸树脂挤压熔融后,清除杂质;杂质清除的预过滤程度应达到20微米,精过滤器的过滤网选用300目过滤网;
纺丝时,喷丝板孔径为0.35mm、长径比为2,纺丝头的温度与纺丝泵相同为235℃;喷丝板侧面的单体抽吸装置以距第一排长丝的距离为依据,单体抽吸排放速度设在0.5m/s;
对从喷丝板挤出的聚乳酸初生长丝进行冷却,骤冷空气控制在距喷丝板15cm~120cm的范围内,流速1m/s,骤冷空气温度设为15℃;
在适当冷却后对聚乳酸初生长丝进行气流牵伸,牵伸速度可控制在4000m/min-5000m/min之间;
最后经过牵伸后形成的高度取向与结晶的聚乳酸长丝杂乱散落堆积在网帘上,铺置成网,再采用针刺加固法:喂入→下针刺→引出→喂入→上针刺→引出;针刺聚乳酸无纺布蓬松、柔软、厚度大、延伸大。
其产品质量数据见表2的产品1质量数据统计表:
将上述加工的无纺布剪切为无纺布巾,放入盛有具有消毒效用浸液的容器中浸渍至饱和状态,每片巾独立密封包装后,再十片巾一包用塑料袋或盒密封包装,即可。
表2 产品1质量数据统计表
克重 厚度    强力(MD)    强力(CD)     伸长(MD)     伸长(CD)     撕裂强度(MD)     撕裂强度(CD) 顶破强度
    g/m2   mm    N/5cm    N/5cm     %     %     N     N     N
    61   0.98    86    48     46     70
    72   1.17    91    51     48     70     65     60     201
    98   1.43    122    83     50     70     86     80     234
    124   1.82    146    100     55     71     102     98     328
    156   2.14    175    121     54     71     124     120     450
实施例三
采用熔融指数为30左右的聚L-乳酸为原料,首先在85℃环境下用低于零下30℃的露点干燥空气以0.03m3/min的流速进行干燥6小时,直到含水率在50ppm以下,然后进行输料;
采用长径比为26、压缩比为3的螺杆挤出机,纺丝螺杆采用四段加热,各段的温度依次为:喂料段25℃,一区200℃,二区225℃,三区235℃,四区235℃,纺丝泵温度237℃;
聚乳酸树脂挤压熔融后,清除杂质;杂质清除的预过滤程度应达到20微米,精过滤器的过滤网选用300目过滤网;
纺丝时,喷丝板孔径为0.25mm、长径比为2,纺丝头的温度与纺丝泵相同为237℃;喷丝板侧面的单体抽吸装置以距第一排长丝的距离为依据,单体抽吸排放速度设在0.5m/s;
对从喷丝板挤出的聚乳酸初生长丝进行冷却,骤冷空气控制在距喷丝板15cm~120cm的范围内,流速0.8m/s,骤冷空气温度设为16℃;
在适当冷却后对聚乳酸初生长丝进行气流牵伸,牵伸速度可控制在4000m/min-5000m/min之间;
最后经过牵伸后形成的高度取向预结晶的聚乳酸长丝杂乱散落堆积在网帘上,铺置成网,再经采用花纹棍热轧粘合形成聚乳酸纺粘无纺布,该无纺布柔软蓬松,且比光辊粘合表面积大,其生物降解性能也有所提高。
其产品质量数据见表3产品2的质量数据统计表:
表3 产品2质量数据统计表
克重 厚度   强力(MD) 强力(CD)   伸长(MD)   伸长(CD) 撕裂强度(MD) 撕裂强度(CD)
    g/m2   mm     N/5cm     N/5cm     %     %     N     N
    60   0.38     120     80     14     20     42     36
    72   0.46     134     90     14     20     49     42
    105   0.61     145     100     14     20     56     53
    126   0.64     160     120     14     21     65     62
对上述加工完成的纺粘无纺布分切成块,放置于溶液中浸泡至饱和,最后分装,制成湿巾成品。
实施例四
采用熔融指数为30左右的聚L-乳酸为原料,首先在90℃环境下用低于零下30℃的露点干燥空气以0.03m3/min的流速进行干燥不少于4小时,直到含水率在50ppm以下,然后进行输料;
采用长径比为30、压缩比为3的螺杆挤出机,纺丝螺杆采用四段加热,各段的温度依次为:喂料段25℃,一区200℃,二区220℃,三区230℃,四区235℃,纺丝泵温度237℃;
聚乳酸树脂挤压熔融后,清除杂质;杂质清除的预过滤程度应达到20微米,精过滤器的过滤网选用400目过滤网;
纺丝时,喷丝板孔径为0.25mm、长径比为2,纺丝头的温度与纺丝泵相同为237℃;喷丝板侧面的单体抽吸装置以距第一排长丝的距离为依据,单体抽吸排放速度设在0.6m/s;
对从喷丝板挤出的聚乳酸初生长丝进行冷却,骤冷空气控制在距喷丝板15cm~120cm的范围内,流速在0.5m/s之间时,骤冷空气温度设为20℃;
在适当冷却后对聚乳酸初生长丝进行气流牵伸,牵伸速度可控制在4000m/min-5000m/min之间;
最后经过牵伸后形成的高度取向预结晶的聚乳酸长丝杂乱散落堆积在网帘上,铺置成网,再经采用光棍热轧粘合形成聚乳酸纺粘无纺布。光辊热轧聚乳酸纺粘无纺布表面平整,手感好,强度高。
其产品质量数据见表4的产品3质量数据统计表:
表4 产品3质量数据统计表
克重 厚度   强力(MD)   强力(CD)   伸长(MD)   伸长(CD)   撕裂强度(MD) 撕裂强度(CD)
    g/m2     mm     N/5cm     N/5cm     %     %     N     N
    60     0.28     128     90     14     18     45     42
    70     0.36     145     100     14     18     54     50
    103     0.46     155     108     14     18     60     58
    124     0.54     170     132     14     18     68     65
将上述加工的无纺布剪切成大小为15cm×30cm的聚乳酸纺粘无纺布巾,放入盛有具有消毒效用浸液的容器中浸渍至饱和状态,每片巾独立密封包装后,再十片巾一包用塑料袋或盒密封包装即可。
实施例五
采用熔融指数为25左右的聚L-乳酸为原料,首先在90℃环境下用低于零下30℃的露点干燥空气以0.03m3/min的流速进行干燥不少于4小时,直到含水率在50ppm以下,然后进行输料;
采用长径比为30、压缩比为3的螺杆挤出机,纺丝螺杆采用四段加热,各段的温度依次为:喂料段25℃,一区205℃,二区225℃,三区235℃,四区240℃,纺丝泵温度240℃;
聚乳酸树脂挤压熔融后,清除杂质;杂质清除的预过滤程度应达到20微米,精过滤器的过滤网选用400目过滤网;
纺丝时,喷丝板孔径为0.25mm、长径比为2,纺丝头的温度与纺丝泵相同为240℃;喷丝板侧面的单体抽吸装置以距第一排长丝的距离为依据,单体抽吸排放速度设在0.6m/s;
对从喷丝板挤出的聚乳酸初生长丝进行冷却,骤冷空气控制在距喷丝板15cm~180cm的范围内,流速在0.5m/s时,骤冷空气温度设为20℃;
在适当冷却后对聚乳酸初生长丝进行气流牵伸,牵伸速度可控制在4000m/min-5000m/min之间;
最后经过牵伸后形成的高度取向预结晶的聚乳酸长丝杂乱散落堆积在网帘上,铺置成网,再经采用光棍热轧粘合形成聚乳酸纺粘无纺布。光辊热轧聚乳酸纺粘无纺布表面平整,手感好,强度高。

Claims (2)

1.一种环保湿巾的制备方法,所述湿巾是由采用聚乳酸树脂为原料生产的纺粘无纺布制作而成;其特征在于:包括以下步骤:
a、首先将聚L-乳酸树脂原料干燥至含水率在50ppm以下,进行加热挤压熔融并清除熔体杂质;所述聚L-乳酸树脂原料为熔融指数为30不含水分的聚L-乳酸树脂;
b、然后在不超过250℃的温度范围进行纺丝,并进行空气冷却,形成聚乳酸初生长丝;
c、对所述聚乳酸初生长丝进行气流牵伸,牵伸速度控制在3000m/min~5000m/min之间,形成聚乳酸长丝;
d、将上述聚乳酸长丝铺置成网,然后加固形成聚乳酸纺粘无纱布;
e、将上述无纺布分切,浸泡至饱和,制作成品;
其中:所述聚L-乳酸树脂原料干燥的条件是在80℃~90℃环境下,用低于零下30℃的露点干燥空气以高于0.015m3/min的流速进行干燥至少4小时;
其中:所述聚L-乳酸树脂原料加热挤压熔融时,采用长径比为24~30、压缩比为3的螺杆挤出机;所述螺杆挤出机采用三段加热,各段温度依次为:喂料段23℃~27℃,一区段195℃~205℃,二区段215℃~225℃,三区段225℃~235℃,直杆段230℃~240℃,纺丝泵235℃~240℃;
纺丝的纺丝头温度与纺丝泵的温度相同,采用孔径为0.2mm~0.35mm之间、长径比为2~4的喷丝板,在所述喷丝板侧面的单体抽吸装置以距第一排长丝的距离为依据、单体抽吸排放速度设在0.5m/s~1m/s之间.。
2.如权利要求1所述的环保湿巾的制备方法,其特征在于:所述冷却条件中:骤冷空气控制在距所述喷丝板15mm~180mm的范围内,流速控制在0.5m/s~1m/s之间,骤冷空气温度为15℃~20℃。
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