CN102516734B - 高面冲击的pc/abs无卤阻燃合金及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种高面冲击的PC/ABS无卤阻燃合金及其制备方法，该合金包括以下组分和重量份：PC：70～90，ABS：5～20，相容剂：0.5～5，增韧剂2～10，抗氧剂0.1～1，润滑剂0.1～1，阻燃剂5～20；按照以上组分及重量份备料，再将上述除阻燃剂之外的物料置于中速混合器中，混合5～30min，得到混合物料，最后将混合物料投置于双螺杆挤出机中，阻燃剂为侧位加入，控制螺杆转速为180～600rpm，经过熔融挤出，造粒即得到产品。与现有技术相比，本发明所提供的该种PC/ABS无卤阻燃材料，采用了特定的增韧剂，改善了PC/ABS无卤阻燃合金的面冲击性能。

Description

高面冲击的PC/ABS无卤阻燃合金及其制备方法
技术领域
本发明涉及高分子材料领域，尤其是涉及一种高面冲击的PC/ABS无卤阻燃合金及其制备方法。
背景技术
PC/ABS无卤阻燃合金是非结晶性工程塑料，具有优良的抗冲击强度、耐热性、高刚性等性能。但是PC/ABS合金具有厚度敏感的缺点，厚壁缺口冲击较低。由于，PC/ABS无卤阻燃材料在使用中，通常都是用于电子器件的外壳或者面板，因此，需要较高的面冲击强度。由于面板厚薄不一，而且由于加强筋部位上的直角有缺口的效应，所以其面冲击性能一直不佳。高面冲击的PC/ABS无卤阻燃合金材料一直有很大的呼声和需求。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术和应用存在的缺陷而提供一种高面冲击的PC/ABS无卤阻燃合金及其制备方法。
本发明的原理在于：由于PC是一种韧性材料，其增韧机理和吸收能量的方式主要是以剪切带为主。根据其增韧机理以及应用情况，通过改善增韧粒径及其分布，同时兼顾缺口断裂的因素，设计并研发出一种高面冲击的PC/ABS无卤阻燃合金材料。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
本发明涉及一种高面冲击的PC/ABS无卤阻燃合金，包括以下组分及重量份：
PC(聚碳酸酯)：70～90
ABS(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物)：5～20
增韧剂：2～10
相容剂：0.5～5
阻燃剂：5～20
抗氧剂：0.1～1
润滑剂：0.1～1。
优选的，所述PC是分子量为17000～30000的双酚A型聚碳酸酯，其玻璃化温度为145～150℃。
优选的，所述ABS分子量为80000～150000，其包括质量百分比含量为5～30％的橡胶、10～30％的丙烯腈，40～70％的苯乙烯。
优选的，所述的增韧剂包括甲基丙烯酸甲酯/丁二烯/苯乙烯共聚物、甲基丙烯酸甲酯/丙烯酸类聚合物、丙烯酸类增韧剂、丙烯酸-硅橡胶类增韧剂、乙烯-丙烯酸甲酯、乙烯-丙烯酸丁酯、乙烯-丙烯酸酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯三元共聚物或者乙烯-醋酸乙烯共聚物-功能化马来酸酐；所述增韧剂的粒径为50～700nm，所述增韧剂的胶含量为40％～90％。
优选的，所述的相容剂为AS-g-MAH(丙烯腈-苯乙烯共聚物接枝马来酸酐)、AS-g-GMA(丙烯腈-苯乙烯共聚物接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯)或PMMA-g-MAH(聚甲基丙烯酸甲酯接枝马来酸酐)。
优选的，所述的润滑剂包括硅酮粉、季戊四醇酯、乙撑双硬酯酰胺中的一种或几种。
优选的，所述的抗氧剂包括市售抗氧剂245、抗氧剂1076、抗氧剂168中的一种或几种。
优选的，所述的阻燃剂包括市售的双酚A双(二苯基磷酸酯)。
本发明还涉及一种高面冲击PC/ABS无卤阻燃合金的制备方法，包括以下步骤：
a、按照如上述的组分及重量份备料；
b、将备料好的除阻燃剂外的其他组分置于混合器中，混合5～30min得到混合物料；
c、将混合物料投置于双螺杆挤出机中，控制螺杆转速为180～600rpm，阻燃剂BDP(双酚A双(磷酸二苯酯))从侧位，通过液体泵加入，经过熔融挤出，造粒即得到产品。
优选的，所述的双螺杆挤出机包括10个温控区，温控1-2区的温度为180～260℃，温控3-4区的温度为180～260℃，温控5-6区的温度为180～260℃，温控7～8区的温度为180～260℃，温控9-10区的温度为180～260℃。
优选的，所述双螺杆挤出机上设有两个抽真空处，一处位于输送料段的末端、熔融段的开始端，另一处位于计量段。
与现有技术相比，本发明具有的有益效果为：本发明的PC/ABS无卤阻燃合金，采用特定的增韧剂，通过特定的粒径分布，提高了材料的韧性，提高了PC/ABS无卤阻燃合金的面冲击强度。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
以下实施例及对比例中选用分子量为17000～30000的双酚A型聚碳酸酯，其玻璃化温度为145～150℃，具体是用帝人化成产L-1225Y、陶氏PC-201-10，湖南石化PC-1100、PC-1220，优选用湖南石化的PC-1100、PC-1220；ABS分子量为80000～150000，其包括质量百分比含量为5～30％的橡胶、10～30％的丙烯腈、40～70％的苯乙烯，具体是用韩国锦湖石油化学株式会社的ABS P/D150、ABS P/D190，高桥石化的ABS 8391、ABS3513、ABS 8434；增韧剂的粒径为50～700nm，胶含量为40％～90％，具体是用产于LG的EM 500、EM 505，钟渊的M521；罗门哈斯的EXL-2620、EXL-2603；三菱丽阳的S2030；相容剂为Polyscope的XIRAN SZ23110、XIRAN SZ28110，Modiper C L130D；抗氧剂为CIBA公司生产的抗氧剂245、抗氧剂1010、抗氧剂168；阻燃剂为ADK的FP-700(双酚A双(二苯基磷酸酯))。
对比例1
(1)按重量份称取各组分：PC-1100为40Kg，PC-2200为40Kg，ABS8391为15Kg，MBS(甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物)：EM 500为5Kg，BDP为19Kg，相容剂XIRANSZ231105Kg，抗氧剂245为0.1Kg，抗氧剂168为0.1Kg，润滑剂PETS(季戊四醇硬脂酸酯)为0.5Kg，硅酮粉0.5g。
(2)将备料好的除阻燃剂外的其他组分置于中速混合器中，混合20min，得到混合物料；
(3)将混合物料投置于双螺杆挤出机中，控制螺杆转速为500rpm，经过熔融挤出，造粒即得到产品。双螺杆挤出机包括十个温控区，温控1-2区的温度为180～260℃，温控3-4区的温度为180～260℃，温控5-6区的温度为180～260℃，温控7-8区的温度为180～260℃，温控9-10区的温度为180～260℃。双螺杆挤出机上还有两个抽真空处，一处位于输送料段的末端、熔融段的开始端，另一处抽真空设备处于计量段。阻燃剂BDP从侧位，通过液体泵加入。
对比例2
(1)按重量分称取各组分：PC-1100为40Kg，PC-2200为40Kg，ABS8434为15Kg，MBS：EM 500为5Kg，BDP为19Kg，相容剂XIRAN SZ231105Kg，抗氧剂245为0.1Kg，抗氧剂168为0.1Kg，润滑剂PETS为0.5Kg，硅酮粉0.5g。
(2)将备料好的除阻燃剂外的其他组分置于中速混合器中，混合20min，得到混合物料；
(3)将混合物料投置于双螺杆挤出机中，控制螺杆转速为500rpm，经过熔融挤出，造粒即得到产品。双螺杆挤出机包括十个温控区，温控1-2区的温度为180～260℃，温控3-4区的温度为180～260℃，温控5-6区的温度为180～260℃，温控7-8区的温度为180～260℃，温控9-10区的温度为180～260℃。双螺杆挤出机上还有两个抽真空处，一处位于输送料段的末端、熔融段的开始端，另一处抽真空设备处于计量段。阻燃剂BDP从侧位，通过液体泵加入。
对比例3
(1)按重量分称取各组分：PC-1100为40Kg，PC-2200为40Kg，ABS3513为15Kg，MBS：EM 500为5Kg，BDP为19Kg，相容剂XIRAN SZ231105Kg，抗氧剂245为0.1Kg，抗氧剂168为0.1Kg，润滑剂PETS为0.5Kg，硅酮粉0.5g。
(2)将备料好的除阻燃剂外的其他组分置于中速混合器中，混合20min，得到混合物料；
(3)将混合物料投置于双螺杆挤出机中，控制螺杆转速为500rpm，经过熔融挤出，造粒即得到产品。双螺杆挤出机包括十个温控区，温控1-2区的温度为180～260℃，温控3-4区的温度为180～260℃，温控5-6区的温度为180～260℃，温控7-8区的温度为180～260℃，温控9-10区的温度为180～260℃。双螺杆挤出机上还有两个抽真空处，一处位于输送料段的末端、熔融段的开始端，另一处抽真空设备处于计量段。阻燃剂BDP从侧位，通过液体泵加入。
对比例4
(1)按重量分称取各组分：PC-1100为40Kg，PC-2200为45Kg，ABS8391为10Kg，MBS：EM 500为5Kg，BDP为19Kg，相容剂XIRAN SZ231105Kg，抗氧剂245为0.1Kg，抗氧剂168为0.1Kg，润滑剂PETS为0.5Kg，硅酮粉0.5g。
(2)将备料好的除阻燃剂外的其他组分置于中速混合器中，混合20min，得到混合物料；
(3)将混合物料投置于双螺杆挤出机中，控制螺杆转速为500rpm，经过熔融挤出，造粒即得到产品。双螺杆挤出机包括十个温控区，温控1-2区的温度为180～260℃，温控3-4区的温度为180～260℃，温控5-6区的温度为180～260℃，温控7-8区的温度为180～260℃，温控9-10区的温度为180～260℃。双螺杆挤出机上还有两个抽真空处，一处位于输送料段的末端、熔融段的开始端，另一处抽真空设备处于计量段。阻燃剂BDP从侧位，通过液体泵加入。
实施例1
一种面冲击性能优异的PC/ABS无卤阻燃合金及其制备方法，该方法包括以下步骤：
(1)按重量分称取各组分：PC-1100为40Kg，PC-2200为40Kg，ABS8391为15Kg，MBS：EM 505为5Kg，BDP为19Kg，相容剂XIRAN SZ231105Kg，抗氧剂245为0.1Kg，抗氧剂168为0.1Kg，润滑剂PETS为0.5Kg，硅酮粉0.5g。
(2)将备料好的除阻燃剂外的其他组分置于中速混合器中，混合20min，得到混合物料；
(3)将混合物料投置于双螺杆挤出机中，控制螺杆转速为500rpm，经过熔融挤出，造粒即得到产品。双螺杆挤出机包括十个温控区，温控1-2区的温度为180～260℃，温控3-4区的温度为180～260℃，温控5-6区的温度为180～260℃，温控7-8区的温度为180～260℃，温控9-10区的温度为180～260℃。双螺杆挤出机上还有两个抽真空处，一处位于输送料段的末端、熔融段的开始端，另一处抽真空设备处于计量段。阻燃剂BDP从侧位，通过液体泵加入。
实施例2
(1)按重量分称取各组分：PC-1100为40Kg，PC-2200为40Kg，ABS8391为15Kg，MBS：EXL2620为5Kg，BDP为19Kg，相容剂XIRAN SZ231105Kg，抗氧剂245为0.1Kg，抗氧剂168为0.1Kg，润滑剂PETS为0.5Kg，硅酮粉0.5g。
(2)将备料好的除阻燃剂外的其他组分置于中速混合器中，混合20min，得到混合物料；
(3)将混合物料投置于双螺杆挤出机中，控制螺杆转速为500rpm，经过熔融挤出，造粒即得到产品。双螺杆挤出机包括十个温控区，温控1-2区的温度为180～260℃，温控3-4区的温度为180～260℃，温控5-6区的温度为180～260℃，温控7-8区的温度为180～260℃，温控9-10区的温度为180～260℃。双螺杆挤出机上还有两个抽真空处，一处位于输送料段的末端、熔融段的开始端，另一处抽真空设备处于计量段。阻燃剂BDP从侧位，通过液体泵加入。
实施例3
(1)按重量分称取各组分：PC-1100为40Kg，PC-2200为40Kg，ABS8391为15Kg，MBS：EXL2603为5Kg，BDP为19Kg，相容剂XIRAN SZ231105Kg，抗氧剂245为0.1Kg，抗氧剂168为0.1Kg，润滑剂PETS为0.5Kg，硅酮粉0.5g。
(2)将备料好的除阻燃剂外的其他组分置于中速混合器中，混合20min，得到混合物料；
(3)将混合物料投置于双螺杆挤出机中，控制螺杆转速为500rpm，经过熔融挤出，造粒即得到产品。双螺杆挤出机包括十个温控区，温控1-2区的温度为180～260℃，温控3-4区的温度为180～260℃，温控5-6区的温度为180～260℃，温控7-8区的温度为180～260℃，温控9-10区的温度为180～260℃。双螺杆挤出机上还有两个抽真空处，一处位于输送料段的末端、熔融段的开始端，另一处抽真空设备处于计量段。阻燃剂BDP从侧位，通过液体泵加入。
实施例4
(1)按重量分称取各组分：PC-1100为40Kg，PC-2200为40Kg，ABS8391为15Kg，MBS：M521为5Kg，BDP为19Kg，相容剂XIRAN SZ231105Kg，抗氧剂245为0.1Kg，抗氧剂168为0.1Kg，润滑剂PETS为0.5Kg，硅酮粉0.5g。
(2)将备料好的除阻燃剂外的其他组分置于中速混合器中，混合20min，得到混合物料；
(3)将混合物料投置于双螺杆挤出机中，控制螺杆转速为500rpm，经过熔融挤出，造粒即得到产品。双螺杆挤出机包括十个温控区，温控1-2区的温度为180～260℃，温控3-4区的温度为180～260℃，温控5-6区的温度为180～260℃，温控7-8区的温度为180～260℃，温控9-10区的温度为180～260℃。双螺杆挤出机上还有两个抽真空处，一处位于输送料段的末端、熔融段的开始端，另一处抽真空设备处于计量段。阻燃剂BDP从侧位，通过液体泵加入。
实施例5
(1)按重量分称取各组分：PC-1100为40Kg，PC-2200为40Kg，ABS8391为15Kg，增韧剂：S2030为5Kg，BDP为19Kg，相容剂XIRAN SZ231105Kg，抗氧剂245为0.1Kg，抗氧剂168为0.1Kg，润滑剂PETS为0.5Kg，硅酮粉0.5g。
(2)将备料好的除阻燃剂外的其他组分置于中速混合器中，混合20min，得到混合物料；
(3)将混合物料投置于双螺杆挤出机中，控制螺杆转速为500rpm，经过熔融挤出，造粒即得到产品。双螺杆挤出机包括十个温控区，温控1-2区的温度为180～260℃，温控3-4区的温度为180～260℃，温控5-6区的温度为180～260℃，温控7-8区的温度为180～260℃，温控9-10区的温度为180～260℃。双螺杆挤出机上还有两个抽真空处，一处位于输送料段的末端、熔融段的开始端，另一处抽真空设备处于计量段。阻燃剂BDP从侧位，通过液体泵加入。
各对比例及实施例的配方以及测试结果如表1所示。拉伸强度按照ASTM D638标准进行测试，拉伸速度为50mm/min；弯曲强度和弯曲模量按照ASTM D790标准进行测试，弯曲速度为3mm/min；缺口冲击强度按照ASTM D256标准进行测试，缺口类型为A类，样条厚度为1/8”；热变形温度按照ASTM D648标准进行测试，载荷为1.82MPa；阻燃按照UL-94标准进行测试，样条厚度1/16”；落球冲击使用2Kg的载荷，下落高度为50mm，冲头直径为5.2mm，基座孔径为8mm，样品为1.6mm厚直径为100mm的圆片。用该条件冲击5次，通过断裂情况评价落球冲击效果。
表1
由表1可知：从对比例1、2和3可以发现，通过改变ABS的种类，对于冲击强度没有影响，对落球冲击没有改善。通过对比例4可以发现，提高PC的含量对于面冲击也没有显著的改善效果。通过实施例1～5可以发现，在所有条件都一样的情况下，通过减少增韧剂的粒径对于提高面冲击是有效果的，而且随着粒径的减小，面冲击效果增加，较低Tg的小粒径增韧剂对于面冲击的改善也有显著的效果。以上，实施例4和实施例5为最优方案。
这是因为PC的链缠结密度υe＞0.15mmol/cm3和链极限特征比C∞＜7.5，为准韧性基体，冲击断裂行为以剪切屈服为主，具有高的银纹引发能和低的银纹扩展能，因此具有较高的无缺口冲击强度和较低的缺口冲击强度。因此，PC的增韧主要是以剪切带引发为主。此时，就需要能够引发剪切带的小粒径增韧剂来改性PC，用以在受到外力时，引发基体内部的剪切带，以吸收能量，防止基体破坏。同时，加入稍大粒径的增韧剂，可以阻止因为受冲击而产生的微裂纹，吸收能量，提高机体的面冲击强度。同时，较低Tg的小粒径增韧剂也有很好的效果。
实施例6
(1)按重量分称取各组分：PC-1100为40Kg，PC-2200为40Kg，ABS8391为15Kg，MBS：EXL2620为5Kg，BDP为18Kg，相容剂XIRAN SZ281103Kg，抗氧剂245为0.1Kg，抗氧剂168为0.1Kg，润滑剂PETS为0.5Kg，硅酮粉0.5g。
(2)将备料好的除阻燃剂外的其他组分置于中速混合器中，混合15min，得到混合物料；
(3)将混合物料投置于双螺杆挤出机中，控制螺杆转速为180rpm，经过熔融挤出，造粒即得到产品。双螺杆挤出机包括十个温控区，温控1-2区的温度为180～260℃，温控3-4区的温度为180～260℃，温控5-6区的温度为180～260℃，温控7-8区的温度为180～260℃，温控9-10区的温度为180～260℃。双螺杆挤出机上还有两个抽真空处，一处位于输送料段的末端、熔融段的开始端，另一处抽真空设备处于计量段。阻燃剂BDP从侧位，通过液体泵加入。
实施例7
(1)按重量分称取各组分：PC-1100为40Kg，PC-2200为40Kg，ABS8391为15Kg，MBS：M521为5Kg，BDP为18Kg，相容剂XIRAN SZ281103Kg，抗氧剂245为0.1Kg，抗氧剂168为0.1Kg，润滑剂PETS为0.5Kg，硅酮粉0.5g。
(2)将备料好的除阻燃剂外的其他组分置于中速混合器中，混合10min，得到混合物料；
(3)将混合物料投置于双螺杆挤出机中，控制螺杆转速为600rpm，经过熔融挤出，造粒即得到产品。双螺杆挤出机包括十个温控区，温控1-2区的温度为180～260℃，温控3-4区的温度为180～260℃，温控5-6区的温度为180～260℃，温控7-8区的温度为180～260℃，温控9-10区的温度为180～260℃。双螺杆挤出机上还有两个抽真空处，一处位于输送料段的末端、熔融段的开始端，另一处抽真空设备处于计量段。阻燃剂BDP从侧位，通过液体泵加入。
实施例8
(1)按重量分称取各组分：PC-1100为45Kg，PC-2200为45Kg，ABS8391为5Kg，MBS：EXL2603为2Kg，BDP为5Kg，相容剂Modiper C L130D 3Kg，抗氧剂1010为0.05Kg，抗氧剂168为0.05Kg，润滑剂PETS为0.05Kg，硅酮粉0.05g。
(2)将备料好的除阻燃剂外的其他组分置于中速混合器中，混合5min，得到混合物料；
(3)将混合物料投置于双螺杆挤出机中，控制螺杆转速为400rpm，经过熔融挤出，造粒即得到产品。双螺杆挤出机包括十个温控区，温控1-2区的温度为180～260℃，温控3-4区的温度为180～260℃，温控5-6区的温度为180～260℃，温控7-8区的温度为180～260℃，温控9-10区的温度为180～260℃。双螺杆挤出机上还有两个抽真空处，一处位于输送料段的末端、熔融段的开始端，另一处抽真空设备处于计量段。阻燃剂BDP从侧位，通过液体泵加入。
实施例9
(1)按重量分称取各组分：PC-1100为35Kg，PC-2200为35Kg，ABS8391为20Kg，MBS：EXL2603为10Kg，BDP为20Kg，相容剂Modiper C L130D 0.5Kg，抗氧剂245为0.5Kg，抗氧剂1010为0.5Kg，润滑剂PETS为0.2Kg，硅酮粉0.2g，乙撑双硬酯酰胺0.2g。
(2)将备料好的除阻燃剂外的其他组分置于中速混合器中，混合30min，得到混合物料；
(3)将混合物料投置于双螺杆挤出机中，控制螺杆转速为400rpm，经过熔融挤出，造粒即得到产品。双螺杆挤出机包括十个温控区，温控1-2区的温度为180～260℃，温控3-4区的温度为180～260℃，温控5-6区的温度为180～260℃，温控7-8区的温度为180～260℃，温控9-10区的温度为180～260℃。双螺杆挤出机上还有两个抽真空处，一处位于输送料段的末端、熔融段的开始端，另一处抽真空设备处于计量段。阻燃剂BDP从侧位，通过液体泵加入。

Claims (7)

1.一种高面冲击的PC/ABS无卤阻燃合金，其特征在于，由以下重量份的各组分组成：
聚碳酸酯：70～90
丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物：5～20
增韧剂：2～10
相容剂：0.5～5
阻燃剂：5～20
抗氧剂：0.1～1
润滑剂：0.1～1；
所述的增韧剂包括甲基丙烯酸甲酯/丁二烯/苯乙烯共聚物或丙烯酸-硅橡胶类增韧剂；所述增韧剂的粒径为50～700nm，所述增韧剂的胶含量为40%～90%；
所述PC是分子量为17000～30000的双酚A型聚碳酸酯，其玻璃化温度为145～150℃；
所述ABS分子量为80000～150000，其包括质量百分比含量为5～30%的橡胶、10～30%的丙烯腈，40～70%的苯乙烯；
所述的相容剂为丙烯腈-苯乙烯共聚物接枝马来酸酐、丙烯腈-苯乙烯共聚物接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯或聚甲基丙烯酸甲酯接枝马来酸酐。
2.根据权利要求1所述的高面冲击的PC/ABS无卤阻燃合金，其特征在于，所述的润滑剂包括硅酮粉、季戊四醇酯、乙撑双硬酯酰胺中的一种或几种。
3.根据权利要求1所述的高面冲击的PC/ABS无卤阻燃合金，其特征在于，所述的抗氧剂包括市售抗氧剂245、抗氧剂1076、抗氧剂168中的一种或几种。
4.根据权利要求1所述的高面冲击的PC/ABS无卤阻燃合金，其特征在于，所述的阻燃剂包括市售的双酚A双（二苯基磷酸酯）。
5.一种高面冲击PC/ABS无卤阻燃合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
a、按照如权利要求1所述的组分及重量份备料；
b、将备料好的除阻燃剂外的其他组分置于混合器中，混合5～30min得到混合物料；
c、将混合物料投置于双螺杆挤出机中，控制螺杆转速为180～600rpm，阻燃剂双酚A双（磷酸二苯酯）从侧位，通过液体泵加入，经过熔融挤出，造粒即得到产品。
6.根据权利要求5所述的高面冲击的PC/ABS无卤阻燃合金的制备方法，其特征在于，所述的双螺杆挤出机包括10个温控区，温控1-2区的温度为180～260℃，温控3-4区的温度为180～260℃，温控5-6区的温度为180～260℃，温控7～8区的温度为180～260℃，温控9-10区的温度为180～260℃。
7.根据权利要求5所述的高面冲击的PC/ABS无卤阻燃合金的制备方法，其特征在于，所述双螺杆挤出机上设有两个抽真空处，一处位于输送料段的末端、熔融段的开始端，另一处位于计量段。
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