CN103756225B - 一种高阻燃填充料和制备方法、及由其制成的矿用高阻燃软电缆 - Google Patents
一种高阻燃填充料和制备方法、及由其制成的矿用高阻燃软电缆 Download PDFInfo
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Abstract
一种高阻燃填充料，它包括超细滑石粉、轻质碳酸钙、丙烯酸酯橡胶、癸二酸二辛酯、胶粘剂、硬脂酸钡、纳米级氧化钙、二氧化硅。一种矿用高阻燃软电缆，包括由多根绝缘线芯组成的缆芯，缆芯外包裹有外护套层，绝缘线芯外涂覆有固化防火涂料层，多根绝缘线芯与外护套层之间填充有高阻燃填充料层。本发明提供的一种高阻燃填充料及由其制成的矿用高阻燃软电缆，可以解决现有软电缆阻燃、自熄性能差的缺陷，具有优异的物理，机械性能和耐温阻燃性能，自熄性能好。
Description
技术领域
本发明涉及一种高阻燃填充材料领域，尤其是一种高阻燃填充料和制备方法、及由其制成的矿用高阻燃软电缆。
背景技术
目前，出于人们对矿山坑道中安全传送电能、数据、信息的需要，对矿山机械设备和通信、照明设备的安全依赖显著增加。新技术的出现使得这方面的设备联机和网络化成为可能，导致了地面与井下电力、通信系统的快速发展。为了连接这些设备，需要在这些结构和领域中使用大量的矿用电缆。典型地，在井下通风系统和矿井巷道中安装矿用高阻燃软电缆是便利的应用。由于鼓风机和矿井巷道是通过这些装置与电源连接的，电缆绝缘和护套材料的阻燃防火特性是基本要求，即要求这些材料有不延燃和自熄特性，以及在井下不利环境条件下具有良好的机械物理性能及电气性能。
目前的矿用电缆的绝缘层或护套层一般是将单一的阻燃剂与电缆料混合制成。大量使用的阻燃剂为卤素类阻燃剂，虽有一定的不延燃性，但燃烧时生成大量烟雾和毒性气体，其量随燃烧温度增高而增大，故只能用于低温阻燃。新近使用的无卤素阻燃剂烟雾少，毒性小或无毒，但含有大量水合物质，温度高时由于脱水反应降低了电缆的物理、机械性能，所以阻燃温度也不能高。总之，由于使用单一的阻燃材料，电缆不是产生大量烟雾和有毒气体就是因脱水反应而降低电缆性能，从而影响电缆的阻燃温度和阻燃时间。众所周知，矿井坑道湿度较大，而传统的电缆沟内所采用的防火封堵材料的无机堵料或阻火包等产品，易受潮变形，稳固性能差，防火有效性能受到严重影响，难以达到阻燃、防火、防潮的效果。
现有的含氟电缆绝缘结构的某些缺点已被聚氯乙烯/聚四氟乙烯/聚偏氟乙烯绝缘电缆结构的出现所克服。在USP4，605，815（美国专利公开号）中，公开了一种电缆结构，由至少一种采用聚氯乙烯涂层绝缘的导体，浸渍四氟乙烯的编织玻璃外皮和聚偏氟乙烯防护外套组成，虽然该电缆结构提供了良好的不导电性，阻燃阻烟性，但还需要对其阻燃阻烟性进一步改进。
由于制定了更为严格的防火安全标准，矿用电缆绝缘材料需要改进它的燃烧和自熄性能，同时保持优良的机械物理性能，对低费用电线电缆绝缘材料组合物来讲需要改进其火焰传播和发烟特性，同时要有优良的物理性质。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种高阻燃填充料和制备方法、及由其制成的矿用高阻燃软电缆，可以解决现有软电缆阻燃、自熄性能差的缺陷，具有优异的物理，机械性能和耐温阻燃性能，自熄性能好。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种矿用高阻燃软电缆，包括由多根绝缘线芯组成的缆芯，缆芯外包裹有外护套层，绝缘线芯外涂覆有固化防火涂料层，多根绝缘线芯与外护套层之间填充有高阻燃填充料层。
绝缘线芯由导体以及包裹在导体外的绝缘层组成，绝缘层外涂覆有固化防火涂料层。
绝缘层的厚度为1.2～5.5mm。
绝缘线芯的数量为3～5根，相互螺旋缠绕在一起组成缆芯。
固化防火涂料层所用的固化防火涂料的制备步骤如下：
1）将二聚亚油酸与乙二胺按摩尔比为0.92～1.12∶1的比例准确称量；
2）将二聚亚油酸预热到125～130℃，逐渐滴加混合乙二胺，在20～50min内滴完，按20℃/h升温速度缓慢提升反应温度，直至温度升高至235℃；
3）加入预热至40～60℃的液态聚异丁烯橡胶，加入量为二聚亚油酸及乙二胺总质量的8～12%，保持235℃的加热温度至少1小时，并计量蒸馏出的水，当蒸馏出水的质量达到二聚亚油酸、乙二胺和聚异丁烯橡胶总质量的0.05%时，逐步减压至高真空环境下反应2～12小时得到混合物；
4）充入氮气至常压下，向混合物种加入邻苯二甲酸二辛脂、亚磷酸和三氧化二锑粉末，搅拌30min制得固化防火涂料。
步骤3）中的高真空环境为压力≤100Pa的环境。
步骤4）中，加入邻苯二甲酸二辛脂的质量为步骤3）制得混合物质量的0.02～0.08％，亚磷酸的质量为步骤3）制得混合物质量的0.01～0.05%，三氧化二锑粉末的质量为步骤3）制得混合物质量的1.2～8%。
高阻燃填充料层所用高阻燃填充料的各组分的重量份配比为：
超细滑石粉28～38 轻质碳酸钙22～35 丙烯酸酯橡胶5～15
癸二酸二辛酯1～3 胶粘剂 0.2～3.5 硬脂酸钡 1～8
纳米级氧化钙0.2～5 二氧化硅0.2～2 。
高阻燃填充料层所用高阻燃填充料由以下重量份配比的组分组成：
超细滑石粉 32 轻质碳酸钙30 丙烯酸酯橡胶12
癸二酸二辛酯3 胶粘剂 1.5 硬脂酸钡 3
纳米级氧化钙2 二氧化硅1。
上述高阻燃填充料的制备方法为：将丙烯酸酯橡胶、癸二酸二辛酯在密炼机上塑炼2～3分钟，逐步加入超细滑石粉、轻质碳酸钙、硬脂酸钡混炼、再加入胶粘剂混炼3～6分钟，待各组分初步分散后取出混炼物，在开炼机上最后加入纳米级氧化钙和二氧化硅，薄通6次，即制得高阻燃填充料。
超细滑石粉选用1250目及以上的超细滑石粉。
本发明提供的一种高阻燃填充料，可用于矿用高阻燃软电缆，其原理是由上述各组分组成的填料含有大量不燃烧的无机物，均匀分散在由少量橡胶中，在遇火焰燃烧时，形成板结的硬壳，隔绝外界氧气，阻止火焰传播，使得线芯有效运行一段时间。且该高阻燃填充料稳定性好，与电缆中其它物质有良好的相容性。
本发明还提供了由上述高阻燃填充料制成的矿用高阻燃软电缆，通过在绝缘线芯外涂覆固化防火涂料层和填充高阻燃填充料层的方式，可以解决现有软电缆阻燃、自熄性能差的缺陷，具有优异的物理，机械性能和耐温阻燃性能，击穿场强、断裂伸长率、拉伸强度、冲击弹性、体积电阻率、介电强度等性能指标都优于国际标准和国家标准。阻燃防火配方根据IEC标准试验，在机械性能，老化性能，耐低温性能，绝缘电阻，烟雾指数，毒性指数，烟雾的酸值等性能指标都达到或优于IEC标准。
对成品电缆进行的试验表明：成品电缆135℃×168h老化后，对不同组成部分的粘接程度进行检查，结果优良。3700伏5分钟介质强度检查合格，～25℃低温弯曲和冲击试验优。按照NFC32070（或IEC60332～1）进行延燃试验，表明具有高阻燃性。进行不燃性能试验，不燃性950℃以上达3小时，1～3秒火焰熄灭。本发明电缆的生产不需另增新的设备和改变生产操作过程和步骤，只须作适当的工艺改进。容易实现大批量生产。产品成本低。成本是国外同类性能产品价格的四分之三。本发明可用于包括各种矿用电力电缆和信号电缆，可广泛用于矿山、地铁、隧道等专用电缆。
本发明中绝缘层厚度设计为1.2～5.5mm，既可以保证电缆在正常使用情况下有优异的电气性能，又有一定的机械性能。
本发明的各项性能指标如下表所示：
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：
图1为本发明的结构示意图，绝缘线芯的数量为3根。
具体实施方式
实施例一
一种高阻燃填充料的各组分的重量为：
超细滑石粉32 kg 轻质碳酸钙30 kg 丙烯酸酯橡胶12 kg
工业级癸二酸二辛酯3 kg 胶粘剂 1.5 kg 硬脂酸钡 3 kg
纳米级氧化钙 2 kg 二氧化硅1 kg 。
超细滑石粉选用1250目及以上的超细滑石粉。
上述高阻燃填充料的制备方法为：将丙烯酸酯橡胶、癸二酸二辛酯在密炼机上塑炼2～3分钟，逐步加入超细滑石粉、轻质碳酸钙、硬脂酸钡混炼、再加入胶粘剂混炼3～6分钟，待各组分初步分散后取出混炼物，在开炼机上最后加入纳米级氧化钙和二氧化硅，薄通6次，即制得高阻燃填充料。
如图1所示，一种由上述高阻燃填充料制成的矿用高阻燃软电缆，它包括三根绝缘线芯，相互螺旋缠绕在一起组成缆芯，缆芯外包裹有外护套层1，绝缘线芯外涂覆有固化防火涂料层3，多根绝缘线芯与外护套层1之间填充有高阻燃填充料层2。
绝缘线芯由导体5以及包裹在导体5外的绝缘层4组成，绝缘层4外涂覆有固化防火涂料层3。
绝缘层4的厚度为5mm。
绝缘层4为乙丙橡胶层。
外护套层1为氯丁橡胶层或氯化聚乙烯橡胶层。
生产该电缆工艺的步骤如下：
1）在导体5外包裹一层绝缘层4，分别组成三根绝缘线芯；
2）将三根绝缘线芯分别通过装有固化防火涂料的凹槽，保证凹槽中绝缘线芯至少30cm完全浸没在固化防火涂料液面下；然后通过长度至少5米，温度为85±2℃热风烘道中烘干。
3）将经过上述处理后的涂有固化防火涂料层3的三根绝缘线芯相互螺旋缠绕在一起组成缆芯；
4）将经过上述处理后的缆芯连续通过设有入口的压力管中，高阻燃填充料通过入口注入，填入缆芯的间隙中形成高阻燃填充料层2；入口压力保持在0.7±0.1MPa之间；
5）在上述缆芯层外包裹一层外护套层1。
固化防火涂料层所用的固化防火涂料的制备步骤如下：
1）将二聚亚油酸与乙二胺按摩尔比为1∶1的比例准确称量；
2）将二聚亚油酸预热到125℃，逐渐滴加混合乙二胺，在20min内滴完，按20℃/h升温速度缓慢提升反应温度，直至温度升高至235℃；
3）加入预热至60℃的液态聚异丁烯橡胶，加入量为二聚亚油酸及乙二胺总质量的12%，保持235℃的加热温度至少1小时，并计量蒸馏出的水，当蒸馏出水的质量达到二聚亚油酸、乙二胺和聚异丁烯橡胶总质量的0.05%时，逐步减压至高真空环境（100Pa）下反应2小时得到混合物；
4）充入氮气至常压下，向混合物中加入邻苯二甲酸二辛脂、亚磷酸和三氧化二锑粉末，搅拌30min制得固化防火涂料。
步骤4）中，加入邻苯二甲酸二辛脂的质量为步骤3）制得混合物质量的0.02％，亚磷酸的质量为步骤3）制得混合物质量的0.01%，三氧化二锑粉末的质量为步骤3）制得混合物质量的1.2%。
实施例二
一种高阻燃填充料的各组分的重量为：
超细滑石粉38 kg 轻质碳酸钙35 kg 丙烯酸酯橡胶15 kg
工业级癸二酸二辛酯3 kg 胶粘剂 3.5 kg 硬脂酸钡 8 kg
纳米级氧化钙 5 kg 二氧化硅 2 kg 。
超细滑石粉选用1250目及以上的超细滑石粉。
上述高阻燃填充料的制备方法为：将丙烯酸酯橡胶、癸二酸二辛酯在密炼机上塑炼2～3分钟，逐步加入超细滑石粉、轻质碳酸钙、硬脂酸钡混炼、再加入胶粘剂混炼3～6分钟，待各组分初步分散后取出混炼物，在开炼机上最后加入纳米级氧化钙和二氧化硅，薄通6次，即制得高阻燃填充料。
一种由上述高阻燃填充料制成的矿用高阻燃软电缆，它包括五根绝缘线芯，相互螺旋缠绕在一起组成缆芯，缆芯外包裹有外护套层1，绝缘线芯外涂覆有固化防火涂料层3，多根绝缘线芯与外护套层1之间填充有高阻燃填充料层2。
绝缘线芯由导体5以及包裹在导体5外的绝缘层4组成，绝缘层4外涂覆有固化防火涂料层3。
绝缘层4的厚度为1.2mm。
绝缘层4为乙丙橡胶层。
外护套层1为氯丁橡胶层或氯化聚乙烯橡胶层。
生产该电缆工艺的步骤如下：
1）在导体5外包裹一层绝缘层4，分别组成五根绝缘线芯；
2）将五根绝缘线芯分别通过装有固化防火涂料的凹槽，保证凹槽中绝缘线芯至少30cm完全浸没在固化防火涂料液面下；然后通过长度至少5米，温度为85±2℃热风烘道中烘干。
3）将经过上述处理后的涂有固化防火涂料层3的五根绝缘线芯相互螺旋缠绕在一起组成缆芯；
4）将经过上述处理后的缆芯连续通过设有入口的压力管中，高阻燃填充料通过入口注入，填入缆芯的间隙中形成高阻燃填充料层2；入口压力保持在0.7±0.1MPa之间；
5）在上述缆芯层外包裹一层外护套层1。
固化防火涂料层所用的固化防火涂料的制备步骤如下：
1）将二聚亚油酸与乙二胺按摩尔比为1.12∶1的比例准确称量；
2）将二聚亚油酸预热到130℃，逐渐滴加混合乙二胺，在50min内滴完，按20℃/h升温速度缓慢提升反应温度，直至温度升高至235℃；
3）加入预热至40℃的液态聚异丁烯橡胶，加入量为二聚亚油酸及乙二胺总质量的8%，保持235℃的加热温度至少1小时，并计量蒸馏出的水，当蒸馏出水的质量达到二聚亚油酸、乙二胺和聚异丁烯橡胶总质量的0.05%时，逐步减压至高真空环境（80Pa）下反应12小时得到混合物；
4）充入氮气至常压下，向混合物中加入邻苯二甲酸二辛脂、亚磷酸和三氧化二锑粉末，搅拌30min制得固化防火涂料。
步骤4）中，加入邻苯二甲酸二辛脂的质量为步骤3）制得混合物质量的0.08％，亚磷酸的质量为步骤3）制得混合物质量的0.05%，三氧化二锑粉末的质量为步骤3）制得混合物质量的8%。
实施例三
一种高阻燃填充料的各组分的重量为：
超细滑石粉28 kg 轻质碳酸钙22 kg 丙烯酸酯橡胶 5 kg
工业级癸二酸二辛酯1 kg 胶粘剂 0.2 kg 硬脂酸钡 1 kg
纳米级氧化钙 0.2 kg 二氧化硅 0.2 kg 。
超细滑石粉选用1250目及以上的超细滑石粉。
上述高阻燃填充料的制备方法为：将丙烯酸酯橡胶、癸二酸二辛酯在密炼机上塑炼2～3分钟，逐步加入超细滑石粉、轻质碳酸钙、硬脂酸钡混炼、再加入胶粘剂混炼3～6分钟，待各组分初步分散后取出混炼物，在开炼机上最后加入纳米级氧化钙和二氧化硅，薄通6次，即制得高阻燃填充料。
一种由上述高阻燃填充料制成的矿用高阻燃软电缆，它包括四根绝缘线芯，相互螺旋缠绕在一起组成缆芯，缆芯外包裹有外护套层1，绝缘线芯外涂覆有固化防火涂料层3，多根绝缘线芯与外护套层1之间填充有高阻燃填充料层2。
绝缘线芯由导体5以及包裹在导体5外的绝缘层4组成，绝缘层4外涂覆有固化防火涂料层3。
绝缘层4的厚度为1.2mm。
绝缘层4为乙丙橡胶层。
外护套层1为氯丁橡胶层或氯化聚乙烯橡胶层。
生产该电缆工艺的步骤如下：
1）在导体5外包裹一层绝缘层4，分别组成四根绝缘线芯；
2）将四根绝缘线芯分别通过装有固化防火涂料的凹槽，保证凹槽中绝缘线芯至少30cm完全浸没在固化防火涂料液面下；然后通过长度至少5米，温度为85±2℃热风烘道中烘干。
3）将经过上述处理后的涂有固化防火涂料层3的四根绝缘线芯相互螺旋缠绕在一起组成缆芯；
4）将经过上述处理后的缆芯连续通过设有入口的压力管中，高阻燃填充料通过入口注入，填入缆芯的间隙中形成高阻燃填充料层2；入口压力保持在0.7±0.1MPa之间；
5）在上述缆芯层外包裹一层外护套层1。
固化防火涂料层所用的固化防火涂料的制备步骤如下：
1）将二聚亚油酸与乙二胺按摩尔比为1.12∶1的比例准确称量；
2）将二聚亚油酸预热到128℃，逐渐滴加混合乙二胺，在40min内滴完，按20℃/h升温速度缓慢提升反应温度，直至温度升高至235℃；
3）加入预热至55℃的液态聚异丁烯橡胶，加入量为二聚亚油酸及乙二胺总质量的10.5%，保持235℃的加热温度至少1小时，并计量蒸馏出的水，当蒸馏出水的质量达到二聚亚油酸、乙二胺和聚异丁烯橡胶总质量的0.05%时，逐步减压至高真空环境（80Pa）下反应6小时得到混合物；
4）充入氮气至常压下，向混合物中加入邻苯二甲酸二辛脂、亚磷酸和三氧化二锑粉末，搅拌30min制得固化防火涂料。
步骤4）中，加入邻苯二甲酸二辛脂的质量为步骤3）制得混合物质量的0.06％，亚磷酸的质量为步骤3）制得混合物质量的0.03%，三氧化二锑粉末的质量为步骤3）制得混合物质量的4.2%。
实施例四
高阻燃填充料层所用高阻燃填充料的各组分的重量为：
超细滑石粉32 kg 轻质碳酸钙30 kg 丙烯酸酯橡胶 12 kg
工业级癸二酸二辛酯3 kg 胶粘剂 1.5 kg 硬脂酸钡 3 kg
纳米级氧化钙 2 kg 二氧化硅 1 kg 。
超细滑石粉选用1250目及以上的超细滑石粉。
上述高阻燃填充料的制备方法为：将丙烯酸酯橡胶、癸二酸二辛酯在密炼机上塑炼2～3分钟，逐步加入超细滑石粉、轻质碳酸钙、硬脂酸钡混炼、再加入胶粘剂混炼3～6分钟，待各组分初步分散后取出混炼物，在开炼机上最后加入纳米级氧化钙和二氧化硅，薄通6次，即制得高阻燃填充料。
如图1所示，一种由上述高阻燃填充料制成的矿用高阻燃软电缆，它包括三根绝缘线芯，相互螺旋缠绕在一起组成缆芯，缆芯外包裹有外护套层1，绝缘线芯外涂覆有固化防火涂料层3，多根绝缘线芯与外护套层1之间填充有高阻燃填充料层2。
绝缘线芯由导体5以及包裹在导体5外的绝缘层4组成，绝缘层4外涂覆有固化防火涂料层3。
绝缘层4的厚度为1.2mm。
绝缘层4为乙丙橡胶层。
外护套层1为氯丁橡胶层或氯化聚乙烯橡胶层。
生产该电缆工艺的步骤如下：
1）在导体5外包裹一层绝缘层4，分别组成三根绝缘线芯；
2）将三根绝缘线芯分别通过装有固化防火涂料的凹槽，保证凹槽中绝缘线芯至少30cm完全浸没在固化防火涂料液面下；然后通过长度至少5米，温度为85±2℃热风烘道中烘干。
3）将经过上述处理后的涂有固化防火涂料层3的三根绝缘线芯相互螺旋缠绕在一起组成缆芯；
4）将经过上述处理后的缆芯连续通过设有入口的压力管中，高阻燃填充料通过入口注入，填入缆芯的间隙中形成高阻燃填充料层2；入口压力保持在0.7±0.1MPa之间；
5）在上述缆芯层外包裹一层外护套层1。
固化防火涂料层所用的固化防火涂料的制备步骤如下：
1）将二聚亚油酸与乙二胺按摩尔比为0.92∶1的比例准确称量；
2）将二聚亚油酸预热到126℃，逐渐滴加混合乙二胺，在40min内滴完，按20℃/h升温速度缓慢提升反应温度，直至温度升高至235℃；
3）加入预热至45℃的液态聚异丁烯橡胶，加入量为二聚亚油酸及乙二胺总质量的9.2%，保持235℃的加热温度至少1小时，并计量蒸馏出的水，当蒸馏出水的质量达到二聚亚油酸、乙二胺和聚异丁烯橡胶总质量的0.05%时，逐步减压至高真空环境（70Pa）下反应8小时得到混合物；
4）充入氮气至常压下，向混合物中加入邻苯二甲酸二辛脂、亚磷酸和三氧化二锑粉末，搅拌30min制得固化防火涂料。
步骤4）中，加入邻苯二甲酸二辛脂的质量为步骤3）制得混合物质量的0.05％，亚磷酸的质量为步骤3）制得混合物质量的0.04%，三氧化二锑粉末的质量为步骤3）制得混合物质量的6%。
Claims (7)
1.一种高阻燃填充料，其特征在于各组分的重量份配比为：
超细滑石粉28～38 轻质碳酸钙22～35 丙烯酸酯橡胶5～15
癸二酸二辛酯1～3 胶粘剂 0.2～3.5 硬脂酸钡 1～8
纳米级氧化钙0.2～5 二氧化硅0.2～2 。
2.根据权利要求1所述的一种高阻燃填充料，其特征在于它由以下重量份配比的组分组成：
超细滑石粉 32 轻质碳酸钙30 丙烯酸酯橡胶12
癸二酸二辛酯3 胶粘剂 1.5 硬脂酸钡 3
纳米级氧化钙2 二氧化硅1。
3.一种制备权利要求1所述的高阻燃填充料的制备方法，其特征在于：将丙烯酸酯橡胶、癸二酸二辛酯在密炼机上塑炼2～3分钟，逐步加入超细滑石粉、轻质碳酸钙、硬脂酸钡混炼、再加入胶粘剂混炼3～6分钟，待各组分初步分散后取出混炼物，在开炼机上最后加入纳米级氧化钙和二氧化硅，薄通6次，即制得高阻燃填充料。
4.一种矿用高阻燃软电缆，包括由多根绝缘线芯组成的缆芯，缆芯外包裹有外护套层（1），其特征在于：绝缘线芯外涂覆有固化防火涂料层（3），多根绝缘线芯与外护套层（1）之间填充有如权利要求1所述的高阻燃填充料（2）。
5.根据权利要求4所述的矿用高阻燃软电缆，其特征在于：绝缘线芯由导体（5）以及包裹在导体（5）外的绝缘层（4）组成，绝缘层（4）外涂覆有固化防火涂料层（3）。
6.根据权利要求5所述的矿用高阻燃软电缆，其特征在于：绝缘层（4）的厚度为1.2～5.5mm。
7.根据权利要求4所述的矿用高阻燃软电缆，其特征在于：绝缘线芯的数量为3～5根，相互螺旋缠绕在一起组成缆芯。
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| CN101613504A (zh) * | 2009-07-24 | 2009-12-30 | 青岛中阳消防科技有限公司 | 一种具有crt特性的感温电缆料的材料及制备方法 |
| CN101923918A (zh) * | 2010-09-07 | 2010-12-22 | 宜昌华润红旗电缆有限公司 | 采煤机用软电缆 |
| CN103509295A (zh) * | 2013-10-12 | 2014-01-15 | 绿宝电缆（集团）有限公司 | 一种电线电缆用环保型耐热复合弹性电缆料 |
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