CN104275884A - 一种隔热、保温、耐黄变的透明节能板材及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种隔热、保温、耐黄变的透明节能板材,按以下重量分数包括如下组分:高透明紫外阻隔节能PET膜0.1~10重量份;无机纳米陶瓷树脂18~66重量份;近红外长波阻隔纳米材料分散液10~35重量份;近红外短波阻隔纳米材料分散液2~12重量份;紫外线遮蔽纳米材料分散液2~12重量份;流平剂0.01~0.04重量份;抗氧剂0.01~0.04重量份;上述组分占所述板材的总重量的95~100重量%。本发明的所述板材同时可以获得高达100%抗紫外线及抗红外线,同时保持其树脂的透光效果。

Description

一种隔热、保温、耐黄变的透明节能板材及其制备方法
技术领域
本发明涉及高分子材料,尤其是一种隔热,保温,耐黄变,透明,节能的板材。
背景技术
迄今为止国内FRP(也即Fiber Reinforced Polymer,纤维增强复合塑料),PC(Polycarbonate,聚碳酸酯),PVC(聚氯乙烯)采光板产品还没有一家能做到100%抗紫外线及抗红外线的产品,因为太阳辐射对板材有明显危害,会使表面产生细纹引起降解,变黄,这些细纹易受水、尘和水化学物质侵蚀,因此板材会引起黄变、粉化、龟裂,特别是当夏季来临时,酷热的阳光特别刺眼,并且室内环境温度提高,都使人感觉非常不适。而到冬季时,室内的热量容易透过采光板材流失室外,造成能源的浪费。
深圳清华大学的专利200710075879.6是涉及一种纳米隔热涂料,用于汽车和建筑的玻璃上,起隔热效果。南京工业大学的专利200510123067.5,关于一种覆有纳米透明隔热涂层的玻璃,在不影响玻璃透光性能的前提下,提高其隔热性能。广州市白云化工实业有限公司的专利200910042207.4公开了一种水性透明隔热涂料,实现主体树脂透光隔热效果。北京化工大学的专利200810103801.5关于一种高透明紫外阻隔节能膜及其制备方法,对紫外线的阻隔有很好的效果。
但FRP,PC,PVC采光板产品的要求是同时100%抗紫外线及抗红外线,同时还要保持其树脂的透光效果。这个技术难题目前尚未得到解决,前述技术在FRP,PC,PVC采光板产品中还未有其相关应用。大气中的热量主要通过红外线来传播,目前市面上已有高透光的采光板产品能透过大量的可见光的同时,也透过了大量的紫外线和几乎全部的红外线;如果要使得产品具有抗紫外线及抗红外线的效果,就必须降低全光谱的光线透过率,这样就牺牲了可见光的使用率。
综上所述,本领域缺乏同时100%抗紫外线及抗红外线,同时还要保持其树脂的透光效果的FRP,PC,PVC材料。
发明内容
本发明的第一目的在于获得同时100%抗紫外线及抗红外线,同时还要保持其树脂的透光效果的FRP,PC,PVC材料。
本发明的第二目的在于获得同时100%抗紫外线及抗红外线,同时还要保持其树脂的透光效果的FRP,PC,PVC材料的制备方法。
在本发明的第一方面,提供了一种隔热、保温、耐黄变的透明节能板材,所述板材包括:
(a)基材;
(b)覆盖在所述基材的最外侧的高透明紫外阻隔节能PET膜;
(c)纳米阻隔层,所述纳米阻隔层的组成按重量分数包括如下组分:
无机纳米陶瓷树脂                      18~66重量份;
近红外长波阻隔纳米材料分散液          10~35重量份;
近红外短波阻隔纳米材料分散液          2~12重量份;
紫外线遮蔽纳米材料分散液              2~12重量份;
流平剂                                0.01~0.04重量份;
抗氧剂                                0.01~0.04重量份;
上述组分占所述纳米阻隔层的总重量的95~100重量%。
在一个具体实施方式中,所述基材采用FRP,PC,PVC材料。
在一个具体实施方式中,所述高透明紫外阻隔PET膜的厚度为10~100μm。
在本发明的一个具体实施方式中,所述的高透明紫外阻隔PET膜是聚合物-无机纳米粒子复合PET薄膜。
在本发明的一个具体实施方式中,所述的近红外长波阻隔纳米材料分散液是30±5wt%ITO分散液或30±5wt%ATO分散液。
在本发明的一个具体实施方式中,所述的近红外短波阻隔纳米材料分散液是通过以下方法制备:
将10-20重量份的偏钨酸铵或5-25重量份的含有0.5-3%氯化铵(以混合物总重量计)偏钨酸铵混合物配成30±5wt%的水溶液,取2-4重量份的碳酸铷、碳酸锂、碳酸钾或碳酸铯配成50±5wt%水溶液,将两者混合得到混合液体,将混合液体以130-180℃加热,得到粉末状初始产物;
将所述初始产物于氢气还原环境下,以400-600℃加热10-35分钟,得到隔热材料粉体;
将所述隔热材料粉体以异丙醇溶剂配成25±5wt%的溶液,并加入相对于隔热材料粉体20±5wt%的具有酸性基团共聚体的分散剂,研磨分散得到所述的近红外短波阻隔纳米材料分散液,也即ITO分散液或ATO分散液。
在本发明的一个具体实施方式中,所述的紫外线遮蔽纳米材料是紫外线遮蔽纳米材料的30±5wt%分散液,其中所述的紫外线遮蔽纳米材料是氧化铈、氧化锌、氧化铁、氧化钇、氧化钨、硼化铈中的一种。
在本发明的一个具体实施方式中,所述的流平剂是聚醚改性聚二甲基硅氧烷共聚体。
在本发明的第二方面,提供一种如本发明所述的隔热、保温、耐黄变的透明节能板材的制备方法,其包括:
(A)提供本发明所述的基材、高透明紫外阻隔节能PET膜、以及用于形成所述纳米阻隔层的纳米材料分散液;
(B)所述纳米材料分散液涂覆到所述基材的外侧或内侧上;或者所述纳米材料分散液添加到所述基材中;
(C)所述高透明紫外阻隔节能PET膜覆盖到所述基材的最外侧;
得到所述隔热、保温、耐黄变的透明节能板材。
在一个具体实施方式中,所述涂覆方法包括:超重力相转移法、辊涂法、浸涂、刮涂、蒸发镀膜中的一个或多个步骤。
在本发明的一个具体实施方式中,所述涂覆方法为正、反面同步涂层法,即板材在制造过程中利用在原生产线上的同步涂层技术把纳米材料分散液直接均匀涂在板材的外侧或内侧。
在本发明的一个具体实施方式中,所述步骤(B)为添加法,也即在生产过程中直接在用于制备基材的不饱和树脂中添加所需比例的纳米材料,经过搅拌进入80~180℃的生产线成型固化后实现优化。
在本发明的一个具体实施方式中,所述步骤(C)选用贴膜法,也即把含有10~100μm双面风热或电晕的高透明紫外阻隔节能(PET)膜,结合丝网印刷,在生产过程中进入连续性同步生产线,直接覆合在所需产品的正面或反面。
在本发明的一个具体实施方式中,所述的近红外长波阻隔纳米材料分散液是30wt%ITO分散液或30wt%ATO分散液。
在一个具体实施方式中,所述的近红外短波阻隔纳米材料分散液是通过以下方法制备:将10-20重量份的偏钨酸铵或按重量比含有0.5-3%氯化铵混合物配成30wt%的水溶液,取2-4重量份的碳酸铷、碳酸锂、碳酸钾或碳酸铯配成50wt%水溶液,将两者混合得到混合液体,将混合液体以130-180℃加热,得到粉末状初始产物;将初始产物于氢气还原环境下,以400-600℃加热10-35分钟,得到隔热材料粉体;将隔热材料粉体加到异丙醇溶剂中配成25wt%的溶液,并加入相对于隔热材料粉体20wt%的具有酸性基团共聚体的分散剂,研磨分散得到所述的近红外短波阻隔纳米材料分散液。
在本发明的一个具体实施方式中,所述的紫外线遮蔽纳米材料是紫外线遮蔽纳米材料的30wt%分散液,所述的紫外线遮蔽纳米材料是氧化铈、氧化锌、氧化铁、氧化钇、氧化钨、硼化铈中的一种。
在本发明的一个具体实施方式中,所述的流平剂是聚醚改性聚二甲基硅氧烷共聚体。
在本发明的一个具体实施方式中,所述的一种高透明紫外阻隔节能膜是聚合物-无机纳米粒子复合技术合成复合(PET)薄膜。
附图说明
图1是实例1贴膜后与不贴膜产品对应的光谱透过曲线图。
图2是红外线,可见光与紫外线阻隔率示意图。
图3是此种隔热,耐黄变,透明,节能板材与其他节能产品以及普通产品的光谱透过曲线图。
具体实施方式
本发明人经过广泛而深入的研究,通过改进制备工艺,获得了同时100%抗紫外线及抗红外线,同时还要保持其树脂的透光效果的板材。在此基础上完成了本发明。高透明紫外阻隔节能PET膜和无机纳米陶瓷树脂协同达到100%抗紫外线及抗红外线的同时,保持树脂的透光效果。
本发明的技术构思如下:
FRP采光板,PC采光板,耐力板,中空板,PVC浪板,防腐板等产品由于光热学性能,太阳光透过大气层直接照射到板材上,会使表面产生细纹引起降解,黄变,这些细纹易受水、尘和水化学物质侵蚀。因为上述产品绝大部分使用在室外,太阳中的红外线主要是产生热量,紫外线辐射加速使板材老化。
本发明人通过独有的纳米生产工艺和特性,使其产品改善对太阳光能的可见光,红外光,紫外光的透射,反射,吸收。产品组合纳米材料对太阳光有选择性地吸收,即可吸收绝大部分的紫外、红外,而对可见光区阻隔极少,实现高透明,高隔热,保温,抗黄变的节能环保产品。
本发明中,术语“含有”或“包括”表示各种成分可一起应用于本发明的混合物或组合物中。因此,术语“主要由...组成”和“由...组成”包含在术语“含有”或“包括”中。
以下对本发明的各个方面进行详述:
透明节能板材
在本发明的第一方面,提供了一种隔热、保温、耐黄变的透明节能板材,所述板材包括:
(a)基材;
(b)覆盖在所述基材的最外侧的高透明紫外阻隔节能PET膜;
(c)纳米阻隔层,所述纳米阻隔层的组成按重量分数包括如下组分:
无机纳米陶瓷树脂                      18~66重量份;
近红外长波阻隔纳米材料分散液          10~35重量份;
近红外短波阻隔纳米材料分散液          2~12重量份;
紫外线遮蔽纳米材料分散液              2~12重量份;
流平剂                                0.01~0.04重量份;
抗氧剂                                0.01~0.04重量份;
上述组分占所述纳米阻隔层的总重量的95~100重量%。
所述各组分均为市售可得。
所述基材可以是单层或多层的FRP,PC,PVC材料层。
所述高透明紫外阻隔节能PET膜通常可覆盖在所述基材的最外侧。所述“最外侧”是指靠近入射光的一侧。如有必要,所述基材的内侧的最外层也可覆盖所述高透明紫外阻隔节能PET膜。
所述纳米阻隔层可设置在所述高透明紫外阻隔节能PET膜与所述基材之间的一层;或者,也可以设置在所述基材的内侧。
所述纳米阻隔层与所述高透明紫外阻隔节能PET膜的层数没有具体限制,根据阻隔的需要可进行调节。
基材
在一个具体实施方式中,所述基材采用FRP,PC,PVC材料。
所述基材的厚度与层数都没有具体限制,根据需要调节即可。
高透明紫外阻隔PET膜
所述高透明紫外阻隔PET膜的厚度根据需要调节。
在一个具体实施方式中,所述高透明紫外阻隔PET膜的厚度为10~100μm。
在本发明的一个具体实施方式中,所述的高透明紫外阻隔PET膜是聚合物-无机纳米粒子复合PET薄膜。
在一个具体实施方式中,所述高透明紫外阻隔节能(PET,聚对苯二甲酸乙二醇酯)膜是池州市英派科技有限公司产品ENP节能膜2#号,8#号,9#号膜等。
纳米阻隔层
所述纳米阻隔层的组成按重量分数包括如下组分:
无机纳米陶瓷树脂                      18~66重量份;
近红外长波阻隔纳米材料分散液          10~35重量份;
近红外短波阻隔纳米材料分散液          2~12重量份;
紫外线遮蔽纳米材料分散液              2~12重量份;
流平剂                                0.01~0.04重量份;
抗氧剂                                0.01~0.04重量份;
上述组分占所述纳米阻隔层的总重量的95~100重量%。
所述纳米阻隔层的厚度可根据需要调节。
所述纳米阻隔层还可含有不高于5%的惰性物质,只要不对本发明的发明目的产生限制即可。
本发明的所述板材同时可以获得高达100%抗紫外线及抗红外线,同时还要保持其树脂的透光效果。本发明人发现,采用特定的近红外长波阻隔纳米材料分散液、近红外短波阻隔纳米材料分散液、紫外线遮蔽纳米材料分散液的组合,可以达到上述优异的综合效果。且特别适用于FRP,PC,或PVC材料。其抗紫外线效果可以达到97~100%,同时抗红外可达到70~90%,而可见光透过率则为50~80%。
本发明的与所述阻隔液特别匹配的板材优选为FRP,PC,或PVC材料。
在本发明的一个具体实施方式中,所述的近红外长波阻隔纳米材料分散液是30±5wt%ITO分散液或30±5wt%ATO分散液。
在本发明的一个具体实施方式中,所述的近红外短波阻隔纳米材料分散液是通过以下方法制备:
将10-20重量份的偏钨酸铵或5-25重量份的含有0.5-3%氯化铵(以混合物总重量计)偏钨酸铵混合物配成30±5wt%的水溶液,取2-4重量份的碳酸铷、碳酸锂、碳酸钾或碳酸铯配成50±5wt%水溶液,将两者混合得到混合液体,将混合液体以130-180℃加热,得到粉末状初始产物;
将所述初始产物于氢气还原环境下,以400-600℃加热10-35分钟,得到隔热材料粉体;
将所述隔热材料粉体以异丙醇溶剂配成25±5wt%的溶液,并加入相对于隔热材料粉体20±5wt%的具有酸性基团共聚体的分散剂,研磨分散得到所述的近红外短波阻隔纳米材料分散液,也即ITO分散液或ATO分散液。
在本发明的一个具体实施方式中,所述的紫外线遮蔽纳米材料是紫外线遮蔽纳米材料的30±5wt%分散液,其中所述的紫外线遮蔽纳米材料是氧化铈、氧化锌、氧化铁、氧化钇、氧化钨、硼化铈中的一种。
在本发明的一个具体实施方式中,所述的流平剂是聚醚改性聚二甲基硅氧烷共聚体。
制备方法
在本发明的第二方面,提供一种如本发明所述的隔热、保温、耐黄变的透明节能板材的制备方法,其包括:
(A)提供本发明所述的基材、高透明紫外阻隔节能PET膜、以及用于形成所述纳米阻隔层的纳米材料分散液;
(B)所述纳米材料分散液涂覆到所述基材的外侧或内侧上;或者所述纳米材料分散液添加到所述基材中;
(C)所述高透明紫外阻隔节能PET膜覆盖到所述基材的最外侧;
得到所述隔热、保温、耐黄变的透明节能板材。
在一个具体实施方式中,所述涂覆方法包括:超重力相转移法、辊涂法、浸涂、刮涂、蒸发镀膜中的一个或多个步骤。
在本发明的一个具体实施方式中,所述涂覆方法为正、反面同步涂层法,即板材在制造过程中利用在原生产线上的同步涂层技术把纳米材料分散液直接均匀涂在板材的外侧或内侧。
在本发明的一个具体实施方式中,所述步骤(B)为添加法,也即在生产过程中直接在用于制备基材的不饱和树脂中添加所需比例的纳米材料,经过搅拌进入80~180℃的生产线成型固化后实现优化。
在本发明的一个具体实施方式中,所述步骤(C)选用贴膜法,也即把含有10~100μm双面风热或电晕的高透明紫外阻隔节能(PET)膜,结合丝网印刷,在生产过程中进入连续性同步生产线,直接覆合在所需产品的正面或反面。
如无具体说明,本发明的各种原料均可以通过市售得到;或根据本领域的常规方法制备得到。除非另有定义或说明,本文中所使用的所有专业与科学用语与本领域技术熟练人员所熟悉的意义相同。此外任何与所记载内容相似或均等的方法及材料皆可应用于本发明方法中。
本发明的其他方面由于本文的公开内容,对本领域的技术人员而言是显而易见的。
下面结合具体实施例,进一步阐述本发明。应理解,这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。下列实施例中未注明具体条件的实验方法,通常按照国家标准测定。若没有相应的国家标准,则按照通用的国际标准、常规条件、或按照制造厂商所建议的条件进行。除非另外说明,否则所有的份数为重量份,所有的百分比为重量百分比,所述的聚合物分子量为数均分子量。
除非另有定义或说明,本文中所使用的所有专业与科学用语与本领域技术熟练人员所熟悉的意义相同。此外任何与所记载内容相似或均等的方法及材料皆可应用于本发明方法中。
实施例1
原料:
高透明紫外阻隔节能(PET)膜是池州市英派科技有限公司产品,
无机纳米陶瓷树脂为广州锐派纳米材料技术有限公司产品,
30wt%的ITO分散液、30wt%的ATO分散液、30wt%的硼化铈分散液、30wt%的氧化锌分散液、30wt%的氧化铈分散液和30wt%的氧化铁分散液购自杭州万景新材料有限公司;
所述的流平剂是聚醚改性聚二甲基硅氧烷共聚体,牌号BYK333。
本发明的基材采用FRP(也即Fiber Reinforced Polymer,纤维增强复合塑料)。所述涂覆方法为正、反面同步涂层法,即板材在制造过程中利用在原生产线上的同步涂层技术把纳米材料分散液直接均匀涂在板材的外侧或内侧,获得纳米阻隔层。
所述的纳米材料分散液的成分含量满足以下要求:
无机纳米陶瓷树脂                      18~66重量份;
近红外长波阻隔纳米材料分散液          10~35重量份;
近红外短波阻隔纳米材料分散液          2~12重量份;
紫外线遮蔽纳米材料分散液              2~12重量份;
流平剂                                0.01~0.04重量份;
抗氧剂                                0.01~0.04重量份。
实施例2
本实施例的方法与实施例1类似,不同在于:把含有10~100μm的高透明紫外阻隔节能(PET)膜,结合丝网印刷,在生产过程中进入连续性同步生产线,直接覆合在所需产品的正面或反面。
所得到的板材符合性能实施例表1的要求。
同时所述样品进行送检,所得数据如下:
实施例3:
本实施例的方法与实施例1类似,不同在于:近红外短波阻隔纳米材料分散液按以下工艺制备:将20g偏钨酸铵配成30wt%的水溶液,搅拌均匀,得到透明液体1,取4.4g碳酸铷配成50wt%水溶液,搅拌均匀,得到透明液体2,再将液体2缓缓滴入液体1中,搅拌均匀得到透明液体3,将混合液体3以180℃加热,得到粉末状初始产物。将此初始产物于氢气还原环境下,以600℃加热35分钟,得到隔热材料粉体。
将隔热材料粉体加到异丙醇溶剂中配成25wt%的溶液,并加入相对于粉体20%重量份的具有酸性基团的共聚体的高分子型分散剂德国毕克BYK-111,研磨分散得到所述的近红外短波阻隔纳米材料分散液。
所得到的板材符合性能实施例表1的要求。
同时,所述板材进行送检,所得数据如下:
实施例4
实施例4的方法参照实施例1,不同在于,所述步骤(B)为添加法,也即在生产过程中直接在用于制备基材的不饱和树脂中添加所需比例的纳米材料,经过搅拌进入80~180℃的生产线成型固化后实现优化。
所得到的板材符合性能实施例表1的要求。
性能实施例
本发明纳米建筑板材的特点:高透明,高隔热,高保温,抗黄变,节能环保,具体见表1:
项目百分比(%)
可见光透过率≥50~80
可见光阻隔能量占总能≤9~20
红外线阻隔率≥70~90
红外线光区阻隔能量占总能≥31~48
紫外线阻隔率≥97~100
紫外线光区阻隔能量占总能=3
太阳能阻隔≥45~60
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并非用以限定本发明的实质技术内容范围,本发明的实质技术内容是广义地定义于申请的权利要求范围中,任何他人完成的技术实体或方法,若是与申请的权利要求范围所定义的完全相同,也或是一种等效的变更,均将被视为涵盖于该权利要求范围之中。
在本发明提及的所有文献都在本申请中引用作为参考,就如同每一篇文献被单独引用作为参考那样。此外应理解,在阅读了本发明的上述内容之后,本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改,这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

Claims (10)

1.一种隔热、保温、耐黄变的透明节能板材,所述板材包括:
(a)基材;
(b)覆盖在所述基材的最外侧的高透明紫外阻隔节能PET膜;
(c)纳米阻隔层,所述纳米阻隔层的组成按重量分数包括如下组分:
无机纳米陶瓷树脂                      18~66重量份;
近红外长波阻隔纳米材料分散液          10~35重量份;
近红外短波阻隔纳米材料分散液           2~12重量份;
紫外线遮蔽纳米材料分散液               2~12重量份;
流平剂                            0.01~0.04重量份;
抗氧剂                            0.01~0.04重量份;
上述组分占所述纳米阻隔层的总重量的95~100重量%。
2.如权利要求1所述的板材,其特征在于,所述的高透明紫外阻隔PET膜是聚合物-无机纳米粒子复合PET薄膜。
3.如权利要求1所述的板材,其特征在于,所述的近红外长波阻隔纳米材料分散液是30±5wt%ITO分散液或30±5wt%ATO分散液。
4.如权利要求1所述的板材,其特征在于,所述的近红外短波阻隔纳米材料分散液是通过以下方法制备:
将10-20重量份的偏钨酸铵或5-25重量份的含有0.5-3%氯化铵(以混合物总重量计)偏钨酸铵混合物配成30±5wt%的水溶液,取2-4重量份的碳酸铷、碳酸锂、碳酸钾或碳酸铯配成50±5wt%水溶液,将两者混合得到混合液体,将混合液体以130-180℃加热,得到粉末状初始产物;
将所述初始产物于氢气还原环境下,以400-600℃加热10-35分钟,得到隔热材料粉体;
将所述隔热材料粉体以异丙醇溶剂配成25±5wt%的溶液,并加入相对于隔热材料粉体20±5wt%的具有酸性基团共聚体的分散剂,研磨分散得到所述的近红外短波阻隔纳米材料分散液,也即ITO分散液或ATO分散液。
5.如权利要求1所述的板材,其特征在于,所述的紫外线遮蔽纳米材料是紫外线遮蔽纳米材料的30±5wt%分散液,其中所述的紫外线遮蔽纳米材料选自氧化铈、氧化锌、氧化铁、氧化钇、氧化钨、或硼化铈。
6.如权利要求1所述的板材,其特征在于,所述的流平剂是聚醚改性聚二甲基硅氧烷共聚体。
7.一种如权利要求1所述的隔热、保温、耐黄变的透明节能板材的制备方法,其特征在于,
(A)提供如权利要求1所述的基材、高透明紫外阻隔节能PET膜、以及用于形成所述纳米阻隔层的纳米材料分散液;
(B)所述纳米材料分散液涂覆到所述基材的外侧或内侧上;或者所述纳米材料分散液添加到所述基材中;
(C)所述高透明紫外阻隔节能PET膜覆盖到所述基材的最外侧;
得到所述隔热、保温、耐黄变的透明节能板材。
在一个具体实施方式中,所述涂覆方法包括:超重力相转移法、辊涂法、浸涂、刮涂、蒸发镀膜中的一个或多个步骤。
8.如权利要求7所述的制备方法,其特征在于,所述涂覆方法为正、反面同步涂层法,即板材在制造过程中利用在原生产线上的同步涂层技术把纳米材料分散液直接均匀涂在板材的外侧或内侧。
9.如权利要求7所述的制备方法,其特征在于,所述步骤(B)为添加法,也即在生产过程中直接在用于制备基材的不饱和树脂中添加所需比例的纳米材料,经过搅拌进入80~180℃的生产线成型固化后实现优化。
10.如权利要求7所述的制备方法,其特征在于,所述步骤(C)选用贴膜法,也即把含有10~100μm双面风热或电晕的高透明紫外阻隔节能(PET)膜,结合丝网印刷,在生产过程中进入连续性同步生产线,直接覆合在所需产品的正面或反面。
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