CN101824667A - 多成份特征物质纤维及其制作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种多成分特征物纤维及其制作方法，当多成分特征物质纤维被用于如土地证件、货币、护照等高价值的文件，特征物质纤维及其使用方式提供了更强的安全防伪能力。所述多成分特征物质纤维拥有最少两个隔离的区域，每个区域含有一个不同的特征物质，当他们被引发时会释放不同波长的光。特征物质可以包含常用的无机或有机的化合物，使用可以被挤压而成的聚合材料在纤维处理过程生产而成。第一个区域是一个纤维外鞘包含一种特征物质，第二区域或内部区域或内核可以用相同或不同的特征物质形成由字母组成的公司标志。纤维或含有纤维的文件可以通过常用的方式进行鉴证。

Description

多成份特征物质纤维及其制作方法
技术领域
本发明涉及包含特征物质的纤维，特别是多成份特征物质的纤维及制作的方法。
技术背景
由于全球数据网络引发不断增长的国际商贸，对防伪安全文件、卡类、证件等的需求近年来不断激增。银行和金融机构不断地寻求方法保护和鉴证文件，以应付层出不穷的骗取财产、证件、信用卡及金钱的欺诈手段。目前为人所熟知的是在各种文件之中加入光学敏感材料使得其发亮、发荧光或不同波长的光从而易于被识别。这些释放的光可能在可见光范围也可以在不可见光范围。
还有比较常见的方法是将两种或更多的不同着色剂如颜料、染料或紫外反应材料，加入纤维或纱线之中，但是这些活跃的材料会对对方的激发频率发生可见的反应，例如在紫外线照射下，颜料反射(虽然微弱)颜色。还有比较常见的方法是在特征物质纤维中加入光敏添加物，可对单一刺激发光来源产生可见的反应。
这些防伪标志物或特征物质一些美国专利有所描述，如专利号为7,256,398的美国专利、公开号为2005/0178841的美国专利和专利号为6,832,783的美国专利，描述了一些光学方式和一种装置，用于对货币、流通票据、护照、遗嘱等文件的分类、编码及鉴证。美国专利5,108,820号，美国专利5,336,552号，和美国专利5,382,400号表现了多成份纤维构成。多成份纤维可拥有非常规形状(例如多刺状)，在美国专利5,277,976，5,057,368和5,069,970中有所描述。
还有比较常见的方法是用不同聚合物生产纤维或织品，如美国专利5,108,820号；而美国专利5,069,970号则描述了对各种不同形状纤维的使用。还有比较常见的是把无机的材料例如钇氧化物和钙氟化物加入特征物质。有机化合物用作特征物质的材料包括天然的荧光矿物。某些有机颜料在紫外线之下发生反应从而产生可以辨识的波长。
将不同材料或特征物质共存，提供了一种更高安全程度的方式，现有的处理方式使他们之间由于不相容而产生了问题。可是，当不相容的材料在生产和使用环境中相互接触，自然的反应发生了(有时缓慢地)，最终减少或者破坏了其中至少一种材料的预期效力。为了提供安全的产品，这种接触应该避免。某些常用的包含特征物质纤维会被拥有一定技术和经验的剽窃者复制，使得其他人遭受损失和伤害。
发明内容
为了改善文件的安全和鉴证手段，本发明的目的是提供一种多成分特征物质纤维及其制作方法，从而保障使用者的安全。
本发明的另外的一个目的是使纤维中有第一和第二个特征物质，在某一特定波长的光源照射下，每一种特征物质反射出不同波长的光能。
本发明的另外的一个目的是纤维中有至少两个区域，每一区域包含一种不同的特征物质，避免它们之间的化学不相容从而减少或破坏他们的效力。
本发明的另外的一个目的是特征物质纤维包含有一个外部的鞘和一个内部的核，分别包含不同的特征物质。
本发明的另外的一个目的是提供一个可从截面观测到的有公司标识的特征物质纤维，包含一个或更多不同的内核。
本发明进一步的目标是提供一种制造上述特征物质纤维的方法，当应用在各种物品上时可以轻易的鉴定。
为了实现上述目的，本发明所述的多成份特征物质纤维，包含有两个沿纤维长度方向平行排列的聚合物区域，第一区域和第二区域，每个区域各包含一种互不相同的光学功能的特征物质，当遇到不同的刺激光源，不同的特征物质会发出可以辨别的不同光学信号。
一种特征物质可以是无机化合物，而另一种是有机化合物，两种活跃的光学材料被不同聚合物成分的细丝包含并互相隔离，从而避免或减轻发生化学反应。本发明可以是一条单独的纤维，活跃的光学物质散布其中或被隔离在不同的聚合物结构或区域之中。
本发明比之前的优势在于，从鉴定的角度提高了钞票或其他重要文件的隐蔽和安全性。额外增加的对第二种刺激光源的反应增加了防伪性。应用两种活跃的光学材料，在周围光线之下显现白色或者不可见光更增加了特征物质的隐秘性。将两种光学上不兼容的光学材料用不同的聚合物结构或细丝分隔、纳入在同一特征物质纤维之中提高了伪造的障碍，因为这种多成分的纤维制造工艺是难以复制的。将两种特征物质用不同的聚合物结构的分隔克服了它们化学不兼容的天然特性，此特性通常会被用于实现向上转换(将次波长转换成肉眼可见的波长)及向下转换(将超波长转换成肉眼可见的波长)的反应。
虽然各种不同的多区纤维都可以制作出每区包含一种特征物质，较好的形式是特征物质纤维包括内核和外鞘的形式。内核和外鞘形式另外一种替代方式是，内核部分包含多个、相互隔离的内核、外面以鞘围绕，从横截面看，可以形成标志、设计、名称。
较好的制造方式是在生产一个特征物质纤维时以常规生产内核和外鞘的方式冲压出两个不同的聚合物。一个区域由常规聚合材料结合一种特征物质形成外鞘；第二区域是内核部分，包含另一种不同的特征物质，由此最终形成了拥有外鞘和内核的特征物质纤维。
所述多成份特征物质纤维，第一种特征物质与第二种化学上互不兼容。
所述多成份特征物质纤维，第一种特征物质含有机材料，第二种含无机材料。
所述多成份特征物质纤维，第一种特征物质含有荧光原子团，第二种特征物质含有钇氧化物。
所述多成份特征物质纤维，第一种特征物质可含有以下任一种有机材料：荧光原子团，例如光敏色素、核黄素，同位素标志、以及天然地形成的荧光矿物。
所述多成份特征物质纤维，第二种特征物质可含有以下任一种无机材料：氧化物、硫化物、硒化物、卤化物或锌的矽酸盐、镉、锰、铝，矽，或各种的稀有的地球金属。
一种多成份特征物质纤维的制作方法，包括以下步骤：
a.选定第一个特征物质；
b.选定第二个特征物质；
c.将第一个特征物质放置在第一个聚合物内；
d.将第二个特征物质放置在第二个聚合物内；并且
e.第一个聚合物为外鞘，第二个聚合物作为内核标志，组成一条纤维。
所述多成份特征物质纤维的制作方法，形成所述内核标志包括了形成一个英文字母的步骤。
所述多成份特征物质纤维的制作方法，形成所述内核标志包括了形成数个英文字母的步骤。
所述多成份特征物质纤维的制作方法，形成所述内核标志包括了形成一个设计图案的步骤。
所述多成份特征物质纤维的制作方法，包括了选择含有氧化物的聚对苯二甲酸乙二醇酯作为第一特征物质的步骤。
所述多成份特征物质纤维的制作方法，包括了选择含有荧光原子团的聚对苯二甲酸乙二醇酯作为第二特征物质的步骤。
所述多成份特征物质纤维的制作方法，包括了形成一个纤维外鞘区域。
所述多成份特征物质纤维的制作方法，包括了形成一个纤维内核区域。
附图说明
图1示出了一种特征物质纤维，包含一个内核区域和一个外鞘区域；
图2示出了另外一种特征物质纤维由两个并行的区域构成；
图3示出了另外一种特征物质纤维，其内核和外鞘两圆的边“相切”；
图4示出了两个区域特征物质纤维的另外一种表现形式；
图5示出了一种多刺状形式的双区特征物质纤维；
图6示出了另一种多刺状形式的双区特征物质纤维；
图7示出了特征物质纤维的另外一种表现形式，一个外鞘区域包含多个内核区域；
图8示出了一种特征物质纤维的截面视图，其外鞘区域内的三个内核形成的公司标志。
具体实施方式
为了更好理解本发明及其应用，对照示意图，如图1至6所示，每个多成份特征物质纤维至少包含第一种光学敏感特征物质，对第一种光源产生反应；及不同的第二种光学敏感特征物质，对第二种光源产生反应；这两种光学敏感材料被分隔在单独的毗邻的聚合物构造或区域之中。将不同的特征物质分隔在不同的聚合物构造之中克服了不同特征物质的天然不相容。如图1所示，多成分特征物纤维10体现了一个外鞘11，由聚合物例如聚乙烯包含光学敏感材料或荧光染料等光学敏感特征物质13形成，内核12由另一种聚乙烯包含另一种光学敏感材料14形成，不同外鞘11区域中的光学敏感材料13产生的向下转换反应。内鞘区域12内的特征物质14由一种无机化合物，最好是钇氧化物形成，产生向上转换反应。经标准的冲压手段制造的多成分特征物质纤维10可通过已知的生产方式加入遗嘱、银行票据、钞票等。当需要验证上述文件时，特征物纤维10在两种不同的标准光源辐射下(刺激源)，产生两种不同的反应，可被常用的器具读出。如果反应能如预料般被读出，文件就可以被认为有效和真实的。
如图2所示，另一种多成分特征物质纤维20，拥有并行毗邻的第一区域21和第二区域22。第一区域21包括一个特征物质23，第二区域22包括一个不同的特征物质24。第一个特征物23例如是一种已知的有机物，第二个特征物质24可以是一种无机物，只要这两个特征物是不同的，两个区域都可以包含有机或无机的特征物质。
如图3所示，另一种多成分特征物质纤维30，拥有第一种聚合材料组成的区域31和第二种聚合材料组成的区域32。图中所示由已知特征物组成的特征物质33、34，对不同波长光波产生反应，发出不同波长从而验证真伪。
图4至6体现了不同形状的纤维形成的多成分特征物纤维。如图4所示，特征物纤维40包括了第一区域41和第二区域42。图5体现了一个特征物纤维50，“Y″形状或多刺状，拥有第一区域51和第二区域52。图6体现了特征物质纤维60形成“十”的形状，拥有第一区域61和第二区域62。特征物纤维40、50和60的各个区拥有不同的特征物质，由不同或近似的已知聚合材料组成，对应适当的刺激会放射出不同的波长。
本发明的较优方式是多成分纤维或细丝构成的一个区域含有一种紫外反应(向下转换)添加物或特征物质，在另一个隔离或不同的区域内含有红外激光反应(向上转换)的特征物。
其它各种各样的表现形式包括人造短纤维、由细丝和/或人造短纤维缠绕而成的纱线，由纺粘针轧和喷熔无纺的纺织方式生产而成的纤维和/或细丝；包括各种植入上述纤维或细丝的防伪安全文件。对于植入的不同文件类型，这些纤维或细丝可以有不同的长度，例如连续的短的(用于纺织品1-6英寸[2.54-15.24cm])，以及应用于钞票上更短的。
本发明较优的方式包含复合的和/或双成份的纤维，与波长范围在200纳米和1200纳米之间的向上及向下能量转换材料或特征物质相互挤压而成。这些特征物质的组合可以结合在双成份纤维中，包括一种或多种的向上转换或向下转换材料。已知的特征物质材料包括多种尺寸在亚微米至10微米之间的有机或无机的化合物。特征物质材料通过吸收在200纳米和1200纳米之间的入射光源，从而释放出在同一波长范围内(200纳米和1200纳米)另一部分的峰值光源。
可以作为特征物质而用于防伪双成份纤维的材料种类为数众多，有无机和有机的材料。它们是尺寸小至亚微米，大至8微米的荧光粉末。例如，钇氧化物就是一种可用的无机材料。此物质在300度高温烘烤后变干并稍微变硬后加入双成份聚合物中为最佳。钇氧化物是一种地球上稀有的无机化合物，拥有独特的可以转换能量的特性。在红外能量(950至1100微米)照射(激发)下，它可以吸收红外能量并转换(释放)出可见光谱(400至700微米之间)的能量，以至于人的肉眼可以直接观测到效果。一些的无机特征物质可释放出绿色、红色或蓝色的光。另外的一些可以释放出近红外光区(750微米或更长)的能量，人的肉眼看不到。这两种现象即所谓的向上转换，因为将光谱范围的较长波长转换成较短波长所需能量比将较短波长转换成较长波长(向下转换)要更多。
荧光物质通常是无机物，可吸收较长波长(365至265微米)分子组成的光子，释放出可见光。一个例子是氟化钙(CaF2)。它能吸收365微米波长的紫外光并释放出可见光。
已知的有机特征物质材料包括荧光染料、光敏色素、核黄素、同位素标志等。
双成份纤维可以容纳有机和无机的特征物质同时存在同一纤维之中。当作用于红外光源例如一个第三级激光(950纳米)、和一个长波紫外光源(365纳米)，纤维中的特征物质的两种反应可以被看到。他们于是释放不同的可见光，由此纤维可被鉴定真伪。
当选择包含的向上转换或向下转换材料不发出可见光，那么就需要额外的设备来证实特征物质的存在。这些设备可以是有特别包装固体外壳的金属传感器，专门用于检查某些特征物质。可以在使用一种发出可见光特征物质的同时，使用另外一种发出不可见光的物质。也可以同时使用两种都发出不可见光的物质。
一般而言，特征物质被安排固定地放置于不同的纤维区域内，随着多成份纤维的长度一直延伸。一个较优的结构如特征物纤维10的鞘-核结构，外鞘11完全包围着第二个成份，内核12。然而，其他业内所知的纤维结构也可以被使用，例如(但不仅限于)“海中岛”等类似的结构。实际上，“海中岛”结构使纤维中容纳少至2个内核或小岛，也可以容纳多达数百个内核或小岛。最典型的是容纳3至36个内核或小岛，他们无需同样的尺寸和形状。
图7显示了多成分特征物纤维70，外鞘71包含了30个内核72。外鞘71含有的特征物质73例如荧光染料形成，而每个内核72含有的特征物质74例如氟化钙。就像前述所示，纤维70可以容纳或多或少的内核72。
多成份纤维的截面最好是圆形，因为生产多成份合成纤维的设备通常制造的纤维都是截面为圆形的。纤维中两个成份在截面中可以是同中心的，也可以是不同中心的，后者的构造通常被叫做“改进的平行”或“离心”的多成份纤维。
同中心的结构特征是第一个成份拥有统一的厚度，第二个成份位于纤维的中心。在离心的构造中，第一成份由于厚度变化，使得第二成份因此并不位于纤维的中心。在这两种结构中，第二个成份都是被第一成份围绕着。纤维的截面及成分的构造取决于生产纤维的设备、工艺条件以及两种成份的熔融粘度。
只要不至于对所期望达到的光学效果产生反作用，纤维还可以容纳其他成分。例如，但不仅限于，抗氧化剂、稳定剂、各种微粒、色素等等。这些成份可以使用常规的用量。
用作形成微小成份矩阵的聚合树脂可以是业内已知的可被用作制作纤维构造的任意一种聚合树脂。在实际中可以用于本发明的合适的聚合物例如，但不仅限于，聚烯烃，包括聚丙烯、聚乙烯、聚丁烯、聚甲基戊烯(PMP)；聚酰胺，包括尼龙6、尼龙6.6；聚酯，包括聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚萘乙酯、聚三亚甲基对苯二酸酯、聚对苯二甲酸1，4-环己烷二甲酯(PCT)；和脂肪族聚酯例如聚乳酸(PLA)、聚苯硫醚、热塑性弹性体、聚丙烯腈、乙缩醛、含氟聚合物、共聚物及三元共聚体及其混合物。PLA是聚合物中“较好的载体”之一。
如上所述，本发明所用纤维包括其他常规的聚合物，但是易于脱落的细片微粒除外。在纤维中可以选择性的包含其他不会对期待效果产生相反作用的成分，例如抗氧化剂、稳定剂、微粒、色素等等。这些成份可以使用常规的用量。
以下对本发明进一步举例说明，但并不限于以下例子。
例1
连续的多细丝无纺纤维是通过双成份挤压系统生成。
双成份纤维的外鞘部分由自身粘度为0.64的聚对苯二甲酸乙二醇酯，混合了重量占0.1％至3％的的荧光细碎粒子而成。
内核部分由自身粘度为0.64的聚对苯二甲酸乙二醇酯，混合了重量占0.1％至3％的钇氧化物细碎粒子而成。
外鞘和内核的重量比为50比50。这种外鞘-内核式的双成份纤维由常规的喷熔无纺而成。细丝接着被拉伸，形成了3个丹尼尔的复合纤维。
例2
连续的多细丝无纺纤维是用双成份挤压系统生成，形成如图8所示的外鞘和内核。
第一区域由自身粘度为0.64的聚对苯二甲酸乙二醇酯，混合了重量占0.1％至3％的荧光细碎粒子而成。
第二区域包含了3个内核部分，由自身粘度为0.64的聚对苯二甲酸乙二醇酯，混合了重量占0.1％至3％的钇氧化物细碎粒子而成。3个内核编号分别为83，84，85，代表了字母“F”、“I”和“T”，形成了一个公司的标志。每个内核(83，84和85)可以容纳相同或者是不同的特征物质，形成相同或不同的聚合物。
外鞘和三个内核的重量比为50比50。两个主要成分由外鞘--内核式多成份纺成。细丝接着被拉伸，形成了每根细丝三个丹尼尔的多成份纤维。
将两种聚合物细丝共同挤压形成的纤维通常被称为“多成份”纤维。多成份或复合成份的“截面”通常不是指纤维全截面(例如圆的、三叶形的，带状的)，而是指两条或更多纤维成份之间的空间安排。例如，一条纤维的全截面为圆形，它可以由一个外环沿截面围绕着中间的圆(这就是通常所说的外鞘/内核之间的截面)，或者形成一个不同的截面隔开两个并列聚合物成份之间的细条。以上是两种不同的截面，而全截面都是圆形的。全截面不是圆形的纤维也可以有多种可能的双成份或多成份间的截面。有些双成份甚至是多成份的截面是普遍及业内闻名的，例如外鞘/内核式、切蛋糕式、海中岛。在这些截面中可包含一种防伪特征与另一种防伪特征如发光添加剂的结合，如果双成份或多成份的截面是不那么常见或独特的截面，例如二维条形码或一个公司的标志，它的防伪特征就会更强。图8所示的特征物纤维80的截面是圆的。多成份的截面为圆的外鞘81聚合物A，围绕着内核82形成字母“FIT”，即聚合物B。聚合物A可以容纳一种或混合的防伪特征物质，而聚合物B容纳另外一种或混合的防伪特征物质。聚合物B也可容纳一种可见的色素，例如一种标准的着色剂色素，或染料，例如光变材料。这种情况下，肉眼观测到着色剂颜色对整条纤维染色，而在显微镜下观看截面将会看到着色后的内核82“FIT”标志，而外鞘聚合物A无着色。或者，一种可见着色剂纳入聚合物A，或聚合物A和B同时纳入着色剂，而这两种颜色是不一样的。
如图8所示，一种较好的形式是用几个英文字母组成标志，也可以使用单独的字母、数字(如英文数字TEN或10)、或同时使用数字和字母的组合(例如10X)。另外，也可以使用不同的设计和图形，例如树、人、动物等等。(图中未一一示出)
与此有关的防伪特征参见美国专利权7,163,744和6,951,687，和美国专利权申请20050227068，及Hills有限公司已出版的双成份截面，例如在网页hillsinc.net/Fibers上的“标志纤维”。
含有双成份或多成份截面的两种(A和B)或更多共同挤压的聚合体成份可以分别容纳各种其他防伪特征的其他添加剂，例如各种具有光学刺激及反应特性的添加剂，或者，任何数量的不同光学添加剂可以以任何密度散布在任何数量的聚合束成份之中。
当使用两种或多种聚合束，很多防伪的应用成为可能。防伪安全功能的独特组合是为数众多的。这些组合中可以包括分子标记、大众辨识标记、量子光子标记、DNA标记、有机及无机材料等。这些组合可以被用作形成复杂的防伪特质，第一种特征物质是读取第二和/或第三种特征物质的“钥匙”。各种组合的验证方式可以层出不穷。
例如，一个大众辨识标记被电子感应器读出后，自动“打开”第二个电子感应器，用来寻找光谱中特定的向上或向下转换的峰值信号。如果大众辨识标记没有被第一个感应器读出，就不会激活第二个。第二个例子是，一种复杂的防伪特征感应器涉及了时间的设定，第一个电子感应器捕捉发生在十亿分之一秒的峰值，如有机化合物。一旦捕获，一个有内置延迟启发的电子感应器被打开，用于捕捉一个衰变时间为千分之一秒的无机峰值。唯一方式可以让无机材料被电子设备“看到”是电子感应器的特殊设计。有机材料的第一次衰变必须结束从而探测出持续更长衰变的无机材料。
混合挤压成型生产技术形成的可能组合数量是巨大的。有可能使纳入的一种在纤维中处于“休眠”，只在需要时激活。如果看以上的例子中的大众辨识标记，质量指示器被用作第一电子检测手段，随之而来是向上或向下转换，第二阶段将来有可能改变成植入纤维中的DNA，只是并未被使用。在数以百万计的钞票受到危害时，无需更换，只需要开动检查设备去寻找“休眠的物质”。在人类发生错误时也可以应用。如果在一次生产的运行之中，因为疏忽或者向上转换的材料“耗尽”了，而纤维仍然进入钞票纸内，数百万的钞票被印成“只有一种物质的缺陷纤维”，这就提供了二次检测手段，而这些有缺陷的钞票不需要立即从流通中撤出。
显性的防伪安全技术也可以加入混合挤压成型生产技术。在考虑把显性技术纳入的候选材料时，光变材料、变色材料、热变材料都是潜在的选择。根据混合挤压的纤维数量，这些选择可以各种组合结合在一起。
以上的描述及举例是为了达到说明的目的，并不限制权利请求的范围。

Claims (10)

1.多成份特征物质纤维，其特征在于：包含：
a.一个第一个区域，该第一区域包含第一种聚合物、第一个特征物质，所说第一个特征物质包含在第一聚合物内；
b.一个第二区域，该第二区域包含第二种聚合物、第二种特征物质，所说第二个特征物质包含在第二种聚合物内，第二区域包含一个标志。
2.如权利要求1所述的多成份特征物质纤维，其特征在于：第一区域与第二区域同一圆心。
3.如权利要求1所述的多成份特征物质纤维，其特征在于：第一区域与第二区域非同一圆心。
4.如权利要求1所述的多成份特征物质纤维，其特征在于：特征物质纤维整体为圆筒状。
5.如权利要求1所述的多成份特征物质纤维，其特征在于：所含标志由一个字母组成。
6.如权利要求1所述的多成份特征物质纤维，其特征在于：所含标志由多个字母组成。
7.如权利要求1所述的多成份特征物质纤维，其特征在于：所含标志为设计的图案。
8.如权利要求1所述的多成份特征物质纤维，其特征在于：第一种聚合物可以由以下材料构成：聚烯烃，包括聚丙烯、聚乙烯、聚丁烯、聚甲基戊烯(PMP)；聚酰胺，包括尼龙6、尼龙6.6；聚酯，包括聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚萘乙酯、聚三亚甲基对苯二酸酯、聚对苯二甲酸1，4-环己烷二甲酯(PCT)；和脂肪族聚酯，包括聚乳酸(PLA)、聚苯硫醚、热塑性弹性体、聚丙烯腈、乙缩醛、含氟聚合物、共聚物及三元共聚体及其混合物。
9.如权利要求1所述的多成份特征物质纤维，其特征在于：第二种聚合物包含聚对苯二甲酸乙二醇酯。
10.如权利要求1所述的多成份特征物质纤维，其特征在于：第二种聚合物由以下材料构成：聚烯烃，包括聚丙烯、聚乙烯、聚丁烯、聚甲基戊烯(PMP)，聚酰胺，包括尼龙6、尼龙6.6，聚酯，包括聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚萘乙酯、聚三亚甲基对苯二酸酯、聚对苯二甲酸1，4-环己烷二甲酯(PCT)，和脂肪族聚酯，包括聚乳酸(PLA)、聚苯硫醚、热塑性弹性体、聚丙烯腈、乙缩醛、含氟聚合物、共聚物及三元共聚体及其混合物。
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