CN104476860A - 一种层结构橡胶衬板及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种层结构耐磨耐冲刷橡胶衬板及其制备方法,属于高分子材料领域中的橡胶材料,该橡胶衬板由橡胶基底和表面耐磨橡胶通过热硫化粘接而成,表面耐磨橡胶均由芳纶玻纤和锦纶纤维构成骨架,以特种耐腐蚀橡胶作为基料,并添加碳化硅微粉或碳化锆微粉、氧化铝微粉、氧化硅微粉和单质硅微粉作为外加剂制成,使其在应用为内衬材料时,不仅兼具一定的强度、耐磨性、耐冲刷性和耐穿刺性,而且也兼具了一定的回弹性和柔韧性,与常规的金属内衬或无机非金属材料浇筑的内衬相比,具有重量轻和易于安装、更换的特点。
Description
技术领域
本发明涉及到高分子材料领域中的橡胶材料,具体的说是一种层结构橡胶衬板及其制备方法。
背景技术
橡胶是一种有弹性的聚合物,可以从一些植物的树汁中取得(天然橡胶),也可以是人造的(合成橡胶),由于合成橡胶的种类很多,不同种类的橡胶具备不同的性能,比如说顺丁橡胶具有特别优异的耐寒性、耐磨性、弹性和耐老化性能,但抗撕裂性能较差、抗湿滑性能不好;异戊橡胶与天然橡胶一样,具有良好的弹性和耐磨性,优良的耐热性和较好的化学稳定性;乙丙橡胶化学稳定性好,耐磨性、弹性、耐油性和丁苯橡胶接近。
但是橡胶所谓的耐磨性好主要是只应用于轮胎等工业产品时的耐磨性,但是当橡胶应用于其他领域时,其耐磨性就会远远达不到要求,比如说将橡胶应用于内衬材料以承受一定的冲刷和耐磨力时,其耐磨性就远远达不到要求。
发明内容
为解决现有的橡胶材料在作为需要承受冲刷力的内衬材料时耐磨性和防穿刺性不能满足需要的问题,本发明提供了一种层结构橡胶衬板及其制备方法,牺牲掉橡胶材料的部分弹性来提高其耐磨、耐冲刷以及耐穿刺性能,并在其表面粘贴一层耐磨陶瓷片层,使得其能够被广泛应用于一些输送粉体、腐蚀性液体、工业砂浆等管道的内衬,或者是耐磨分级旋流器的内衬材料。
本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案为:一种层结构橡胶衬板,该橡胶衬板由最下层的橡胶基底、中间的耐磨橡胶层以及表面的耐磨陶瓷层构成,其中,最下层的橡胶基底和中间的耐磨橡胶层通过热硫化粘接而成,耐磨陶瓷层由若干长和宽不超过2cm的矩形耐磨陶瓷片粘贴在耐磨橡胶层上形成,所述橡胶基底和耐磨橡胶层均由芳纶玻纤和锦纶纤维构成骨架、以特种耐腐蚀橡胶作为基料制成,且耐磨橡胶层中添加有粒径为200目的碳化锆微粉、粒径为150目的氧化铝微粉、粒径为250目的氧化硅微粉和粒径为300目的单质硅微粉混合而成的外加剂,所述橡胶基底中,芳纶玻纤的含量为6-6.2%,锦纶纤维的含量为5-5.4%,其余为特种耐腐蚀橡胶;表面耐磨橡胶中,芳纶玻纤的含量为4-4.2%,锦纶纤维的含量为5-5.2%,碳化锆微粉的含量为0.3-0.4%,氧化铝微粉的含量为0.2-0.3%、氧化硅微粉的含量为0.1-0.2%,单质硅微粉的含量为0.1-0.2%,其余为特种耐腐蚀橡胶,特种耐腐蚀橡胶为市售的氟橡胶、全氟橡胶或四丙氟橡胶。
所述橡胶基底和耐磨橡胶层中,在以芳纶玻纤和锦纶纤维构成的骨架中还填充有碳纤维,碳纤维的含量为0.05-0.1%。
所述外加剂中还含有粒径300目以下的煅烧高岭土微粉,煅烧高岭土微粉的含量为0.1-0.2%。
所述橡胶基底和耐磨橡胶层中,在以芳纶玻纤和锦纶纤维构成的骨架中还填充有玻璃纤维,玻璃纤维的含量为0.05-0.1%。
上述层结构橡胶衬板的制备方法,包括以下步骤:
1)将芳纶玻纤和锦纶纤维分别融化后拉成直径不超过0.1mm细丝,然后按照权利要求所述的比例称取组成橡胶基底和耐磨橡胶层的各组分,再将构成橡胶基底和耐磨橡胶层骨架的组分分别以不同的比例混杂成物料A和物料B,以分别用于制备橡胶基底和耐磨橡胶层的骨架;
2)分别将步骤1)中用于制备橡胶基底和耐磨橡胶层骨架的物料A和物料B送入两个密炼机中进行一次混炼,混炼温度均为150-170摄氏度、压力为25-30MPa,转子转速为60rpm,混炼30s-60s,且在混炼之前,先向用于制备耐磨橡胶层骨架的物料B中加入外加剂中的碳化锆微粉以及氧化铝微粉,搅拌均匀后再送入密炼机内混炼;
3)物料A经一次混炼后向其中加入特种耐腐蚀橡胶,再次进行混炼,混炼温度均为150-170摄氏度、压力为40-42MPa,转子转速为60rpm,混炼30s-60s,自然冷却得到橡胶基底,备用;
4)将用于制备耐磨橡胶层的其余外加剂与特种耐腐蚀橡胶混炼,混炼温度为160-170摄氏度、压力为35-45MPa,转子转速为90rpm,混炼30-60s,备用;
5)将步骤4)中混炼后的特种耐腐蚀橡胶与步骤2)中混炼后的物料B混合后再次混炼,混炼温度为165-170摄氏度、压力为40-42MPa,转子转速为90rpm,混炼2-3min,混炼结束后制成层状,自然冷却得到耐磨橡胶层;
6)将步骤3)中制得的橡胶基底与步骤5)中制得的耐磨橡胶层通过热硫化工艺粘和在一起;
7)取市售的耐磨陶瓷片,在其底面涂上陶瓷有机粘合剂,然后将其粘合到步骤6)中已与橡胶基底粘合在一起的耐磨橡胶层的另一个表面上,从而使耐磨橡胶层表面形成一层耐磨陶瓷片层,然后将其送入到压力机中压制成型即得到产品。
所述步骤7)中压制成型时,挤压压力为30-40MPa,温度为70-80摄氏度。
有益效果:本发明通过将橡胶衬板做成最下层的橡胶基底、中间的耐磨橡胶层以及表面的耐磨陶瓷层的三层结构,大幅度提高了橡胶材料作为衬板时的耐磨性和耐冲刷性,同时,橡胶基底和耐磨橡胶层均以芳纶玻纤和锦纶纤维构成骨架,然后用特种耐腐蚀橡胶作为基料与其进行混炼,从而提高了特征耐磨橡胶的性能,而在混炼过程中,耐磨橡胶层辅以碳化锆微粉、氧化铝微粉、氧化硅微粉和单质硅微粉等耐磨性强的材料填充,从而极大程度的提高了耐磨橡胶层的强度、耐磨性、耐冲刷性和耐穿刺性,使其在应用为内衬材料时,不仅具备一定的强度、耐磨性、耐冲刷性和耐穿刺性,而且也兼具了一定的回弹性和柔韧性,与常规的金属内衬或无机非金属材料浇筑的内衬相比,具有重量轻和易于安装、更换的特点。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步的阐述,各实施例中所用的特种耐腐蚀橡胶为市售的氟橡胶、全氟橡胶或四丙氟橡胶。
实施例1
一种层结构橡胶衬板,该橡胶衬板由最下层的橡胶基底、中间的耐磨橡胶层以及表面的耐磨陶瓷层构成,其中,最下层的橡胶基底和中间的耐磨橡胶层通过热硫化粘接而成,耐磨陶瓷层由若干长和宽不超过2cm的矩形耐磨陶瓷片粘贴在耐磨橡胶层上形成,所述橡胶基底和耐磨橡胶层均由芳纶玻纤和锦纶纤维构成骨架、以特种耐腐蚀橡胶作为基料制成,且耐磨橡胶层中添加有粒径为200目的碳化锆微粉、粒径为150目的氧化铝微粉、粒径为250目的氧化硅微粉和粒径为300目的单质硅微粉混合而成的外加剂,所述橡胶基底中,芳纶玻纤的含量为6%,锦纶纤维的含量为5%,其余为特种耐腐蚀橡胶;表面耐磨橡胶中,芳纶玻纤的含量为4%,锦纶纤维的含量为5%,碳化锆微粉的含量为0.3%,氧化铝微粉的含量为0.2%、氧化硅微粉的含量为0.1%,单质硅微粉的含量为0.1%,其余为特种耐腐蚀橡胶。
该层结构橡胶衬板的制备方法,包括以下步骤:
1)将芳纶玻纤和锦纶纤维分别融化后拉成直径不超过0.1mm细丝,然后按照上述的比例称取组成橡胶基底和耐磨橡胶层的各组分,再将构成橡胶基底和耐磨橡胶层骨架的组分分别以不同的比例混杂成物料A和物料B,以分别用于制备橡胶基底和耐磨橡胶层的骨架;
2)分别将步骤1)中用于制备橡胶基底和耐磨橡胶层骨架的物料A和物料B送入两个密炼机中进行一次混炼,混炼温度均为150摄氏度、压力为25MPa,转子转速为60rpm,混炼60s,且在混炼之前,先向用于制备耐磨橡胶层骨架的物料B中加入外加剂中的碳化锆微粉以及氧化铝微粉,搅拌均匀后再送入密炼机内混炼;
3)物料A经一次混炼后向其中加入特种耐腐蚀橡胶,再次进行混炼,混炼温度均为150摄氏度、压力为40MPa,转子转速为60rpm,混炼60s,自然冷却得到橡胶基底,备用;
4)将用于制备耐磨橡胶层的其余外加剂与特种耐腐蚀橡胶混炼,混炼温度为160摄氏度、压力为35MPa,转子转速为90rpm,混炼60s,备用;
5)将步骤4)中混炼后的特种耐腐蚀橡胶与步骤2)中混炼后的物料B混合后再次混炼,混炼温度为165摄氏度、压力为40MPa,转子转速为90rpm,混炼3min,混炼结束后制成层状,自然冷却得到耐磨橡胶层;
6)将步骤3)中制得的橡胶基底与步骤5)中制得的耐磨橡胶层通过热硫化工艺粘和在一起;
7)取市售的耐磨陶瓷片,在其底面涂上陶瓷有机粘合剂,然后将其粘合到步骤6)中已与橡胶基底粘合在一起的耐磨橡胶层的另一个表面上,从而使耐磨橡胶层表面形成一层耐磨陶瓷片层,然后将其送入到压力机中压制成型即得到产品。
以上为本实施例的基本实施方式,可在以上基础上做进一步的优化或改进:
如,所述橡胶基底和耐磨橡胶层中,在以芳纶玻纤和锦纶纤维构成的骨架中还填充有碳纤维,碳纤维的含量为0.05%;
又如,所述外加剂中还含有煅烧高岭土微粉,煅烧高岭土微粉的含量为0.1%;
再如,所述橡胶基底和耐磨橡胶层中,在以芳纶玻纤和锦纶纤维构成的骨架中还填充有玻璃纤维,玻璃纤维的含量为0.05%。
实施例2
一种层结构橡胶衬板,该橡胶衬板由最下层的橡胶基底、中间的耐磨橡胶层以及表面的耐磨陶瓷层构成,其中,最下层的橡胶基底和中间的耐磨橡胶层通过热硫化粘接而成,耐磨陶瓷层由若干长和宽不超过2cm的矩形耐磨陶瓷片粘贴在耐磨橡胶层上形成,所述橡胶基底和耐磨橡胶层均由芳纶玻纤和锦纶纤维构成骨架、以特种耐腐蚀橡胶作为基料制成,且耐磨橡胶层中添加有粒径为200目的碳化锆微粉、粒径为150目的氧化铝微粉、粒径为250目的氧化硅微粉和粒径为300目的单质硅微粉混合而成的外加剂,所述橡胶基底中,芳纶玻纤的含量为6.2%,锦纶纤维的含量为5.4%,其余为特种耐腐蚀橡胶;表面耐磨橡胶中,芳纶玻纤的含量为4.2%,锦纶纤维的含量为5.2%,碳化锆微粉的含量为0.4%,氧化铝微粉的含量为0.3%、氧化硅微粉的含量为0.2%,单质硅微粉的含量为0.2%,其余为特种耐腐蚀橡胶。
该层结构橡胶衬板的制备方法,包括以下步骤:
1)将芳纶玻纤和锦纶纤维分别融化后拉成直径不超过0.1mm细丝,然后按照上述的比例称取组成橡胶基底和耐磨橡胶层的各组分,再将构成橡胶基底和耐磨橡胶层骨架的组分分别以不同的比例混杂成物料A和物料B,以分别用于制备橡胶基底和耐磨橡胶层的骨架;
2)分别将步骤1)中用于制备橡胶基底和耐磨橡胶层骨架的物料A和物料B送入两个密炼机中进行一次混炼,混炼温度均为170摄氏度、压力为30MPa,转子转速为60rpm,混炼30s,且在混炼之前,先向用于制备耐磨橡胶层骨架的物料B中加入外加剂中的碳化锆微粉以及氧化铝微粉,搅拌均匀后再送入密炼机内混炼;
3)物料A经一次混炼后向其中加入特种耐腐蚀橡胶,再次进行混炼,混炼温度均为170摄氏度、压力为42MPa,转子转速为60rpm,混炼30s,自然冷却得到橡胶基底,备用;
4)将用于制备耐磨橡胶层的其余外加剂与特种耐腐蚀橡胶混炼,混炼温度为170摄氏度、压力为45MPa,转子转速为90rpm,混炼30s,备用;
5)将步骤4)中混炼后的特种耐腐蚀橡胶与步骤2)中混炼后的物料B混合后再次混炼,混炼温度为170摄氏度、压力为42MPa,转子转速为90rpm,混炼2min,混炼结束后制成层状,自然冷却得到耐磨橡胶层;
6)将步骤3)中制得的橡胶基底与步骤5)中制得的耐磨橡胶层通过热硫化工艺粘和在一起;
7)取市售的耐磨陶瓷片,在其底面涂上陶瓷有机粘合剂,然后将其粘合到步骤6)中已与橡胶基底粘合在一起的耐磨橡胶层的另一个表面上,从而使耐磨橡胶层表面形成一层耐磨陶瓷片层,然后将其送入到压力机中压制成型即得到产品。
以上为本实施例的基本实施方式,可在以上基础上做进一步的优化或改进:
如,所述橡胶基底和耐磨橡胶层中,在以芳纶玻纤和锦纶纤维构成的骨架中还填充有碳纤维,碳纤维的含量为0.1%;
又如,所述外加剂中还含有煅烧高岭土微粉,煅烧高岭土微粉的含量为0.2%;
再如,所述橡胶基底和耐磨橡胶层中,在以芳纶玻纤和锦纶纤维构成的骨架中还填充有玻璃纤维,玻璃纤维的含量为0.1%。
实施例3
一种层结构橡胶衬板,该橡胶衬板由最下层的橡胶基底、中间的耐磨橡胶层以及表面的耐磨陶瓷层构成,其中,最下层的橡胶基底和中间的耐磨橡胶层通过热硫化粘接而成,耐磨陶瓷层由若干长和宽不超过2cm的矩形耐磨陶瓷片粘贴在耐磨橡胶层上形成,所述橡胶基底和耐磨橡胶层均由芳纶玻纤和锦纶纤维构成骨架、以特种耐腐蚀橡胶作为基料制成,且耐磨橡胶层中添加有粒径为200目的碳化锆微粉、粒径为150目的氧化铝微粉、粒径为250目的氧化硅微粉和粒径为300目的单质硅微粉混合而成的外加剂,所述橡胶基底中,芳纶玻纤的含量为6.1%,锦纶纤维的含量为5.2%,其余为特种耐腐蚀橡胶;表面耐磨橡胶中,芳纶玻纤的含量为4.1%,锦纶纤维的含量为5.1%,碳化锆微粉的含量为0.35%,氧化铝微粉的含量为0.25%、氧化硅微粉的含量为0.15%,单质硅微粉的含量为0.15%,其余为特种耐腐蚀橡胶。
该层结构橡胶衬板的制备方法,包括以下步骤:
1)将芳纶玻纤和锦纶纤维分别融化后拉成直径不超过0.1mm细丝,然后按照上述的比例称取组成橡胶基底和耐磨橡胶层的各组分,再将构成橡胶基底和耐磨橡胶层骨架的组分分别以不同的比例混杂成物料A和物料B,以分别用于制备橡胶基底和耐磨橡胶层的骨架;
2)分别将步骤1)中用于制备橡胶基底和耐磨橡胶层骨架的物料A和物料B送入两个密炼机中进行一次混炼,混炼温度均为160摄氏度、压力为28MPa,转子转速为60rpm,混炼45s,且在混炼之前,先向用于制备耐磨橡胶层骨架的物料B中加入外加剂中的碳化锆微粉以及氧化铝微粉,搅拌均匀后再送入密炼机内混炼;
3)物料A经一次混炼后向其中加入特种耐腐蚀橡胶,再次进行混炼,混炼温度均为160摄氏度、压力为41MPa,转子转速为60rpm,混炼45s,自然冷却得到橡胶基底,备用;
4)将用于制备耐磨橡胶层的其余外加剂与特种耐腐蚀橡胶混炼,混炼温度为165摄氏度、压力为40MPa,转子转速为90rpm,混炼45s,备用;
5)将步骤4)中混炼后的特种耐腐蚀橡胶与步骤2)中混炼后的物料B混合后再次混炼,混炼温度为168摄氏度、压力为41MPa,转子转速为90rpm,混炼2.5min,混炼结束后制成层状,自然冷却得到耐磨橡胶层;
6)将步骤3)中制得的橡胶基底与步骤5)中制得的耐磨橡胶层通过热硫化工艺粘和在一起;
7)取市售的耐磨陶瓷片,在其底面涂上陶瓷有机粘合剂,然后将其粘合到步骤6)中已与橡胶基底粘合在一起的耐磨橡胶层的另一个表面上,从而使耐磨橡胶层表面形成一层耐磨陶瓷片层,然后将其送入到压力机中压制成型即得到产品。
以上为本实施例的基本实施方式,可在以上基础上做进一步的优化或改进:
如,所述橡胶基底和耐磨橡胶层中,在以芳纶玻纤和锦纶纤维构成的骨架中还填充有碳纤维,碳纤维的含量为0.075%;
又如,所述外加剂中还含有煅烧高岭土微粉,煅烧高岭土微粉的含量为0.15%;
再如,所述橡胶基底和耐磨橡胶层中,在以芳纶玻纤和锦纶纤维构成的骨架中还填充有玻璃纤维,玻璃纤维的含量为0.075%。
性能对比实验
取本发明各实施例的最终产品分别编做1、2、3号样品,选取市售的特种耐腐蚀橡胶(全氟橡胶)为4号样品,在市售的特种耐腐蚀橡胶(全氟橡胶)的表面贴上一层耐磨陶瓷片作为5号样品,分别将1至5号样品制成内衬应用于矿用水力旋流器中,在相同的水流以及水质情况下测定其使用寿命,实验结果为:
1、2、3号样品制成的内衬在使用138天后其表面陶瓷片开始出现部分脱落,但橡胶基底上并无腐蚀、刺穿的小孔以及冲刷现象,基底表面仍保留橡胶原本的外观色泽和回弹性,使用195天后橡胶基底开始出现被水流冲刷的缺陷;
4号样品制成的内衬在使用93天后其表面开始出现被水流冲刷的缺陷;
5号样品制成的内衬在使用117天后其表面陶瓷片出现部分脱落,但橡胶基底上并无腐蚀、刺穿的小孔以及冲刷现象,基底表面仍保留橡胶原本的外观色泽和回弹性,使用139天后橡胶基底开始出现被水流冲刷的缺陷;
由此可知,本发明的橡胶内衬相比较于现有的橡胶直接用做内衬来说,其使用寿命得到了很大程度的提高,而且也比现有的橡胶表面沾附耐磨陶瓷片的使用寿命长,间接的证明了本发明的内衬相较于现有的橡胶内衬具备更好的耐磨、耐侵蚀、耐冲刷和穿刺性能。
Claims (5)
1.一种层结构橡胶衬板,其特征在于:该橡胶衬板由最下层的橡胶基底、中间的耐磨橡胶层以及表面的耐磨陶瓷层构成,其中,最下层的橡胶基底和中间的耐磨橡胶层通过热硫化粘接而成,耐磨陶瓷层由若干长和宽不超过2cm的矩形耐磨陶瓷片粘贴在耐磨橡胶层上形成,所述橡胶基底和耐磨橡胶层均由芳纶玻纤和锦纶纤维构成骨架、以特种耐腐蚀橡胶作为基料制成,且耐磨橡胶层中添加有粒径为200目的碳化锆微粉、粒径为150目的氧化铝微粉、粒径为250目的氧化硅微粉和粒径为300目的单质硅微粉混合而成的外加剂,所述橡胶基底中,芳纶玻纤的含量为6-6.2%,锦纶纤维的含量为5-5.4%,其余为特种耐腐蚀橡胶;表面耐磨橡胶中,芳纶玻纤的含量为4-4.2%,锦纶纤维的含量为5-5.2%,碳化锆微粉的含量为0.3-0.4%,氧化铝微粉的含量为0.2-0.3%、氧化硅微粉的含量为0.1-0.2%,单质硅微粉的含量为0.1-0.2%,其余为特种耐腐蚀橡胶,特种耐腐蚀橡胶为市售的氟橡胶、全氟橡胶或四丙氟橡胶。
2.根据权利要求1所述的一种层结构橡胶衬板,其特征在于:所述橡胶基底和耐磨橡胶层中,在以芳纶玻纤和锦纶纤维构成的骨架中还填充有碳纤维,碳纤维的含量为0.05-0.1%。
3.根据权利要求1所述的一种层结构橡胶衬板,其特征在于:所述外加剂中还含有煅烧高岭土微粉,煅烧高岭土微粉的含量为0.1-0.2%。
4.根据权利要求1所述的一种层结构橡胶衬板,其特征在于:所述橡胶基底和耐磨橡胶层中,在以芳纶玻纤和锦纶纤维构成的骨架中还填充有玻璃纤维,玻璃纤维的含量为0.05-0.1%。
5.根据权利要求1、2、3或4所述的层结构橡胶衬板的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
1)将芳纶玻纤和锦纶纤维分别融化后拉成直径不超过0.1mm细丝,然后按照权利要求所述的比例称取组成橡胶基底和耐磨橡胶层的各组分,再将构成橡胶基底和耐磨橡胶层骨架的组分分别以不同的比例混杂成物料A和物料B,以分别用于制备橡胶基底和耐磨橡胶层的骨架;
2)分别将步骤1)中用于制备橡胶基底和耐磨橡胶层骨架的物料A和物料B送入两个密炼机中进行一次混炼,混炼温度均为150-170摄氏度、压力为25-30MPa,转子转速为60rpm,混炼30s-60s,且在混炼之前,先向用于制备耐磨橡胶层骨架的物料B中加入外加剂中的碳化锆微粉以及氧化铝微粉,搅拌均匀后再送入密炼机内混炼;
3)物料A经一次混炼后向其中加入特种耐腐蚀橡胶,再次进行混炼,混炼温度均为150-170摄氏度、压力为40-42MPa,转子转速为60rpm,混炼30s-60s,自然冷却得到橡胶基底,备用;
4)将用于制备耐磨橡胶层的其余外加剂与特种耐腐蚀橡胶混炼,混炼温度为160-170摄氏度、压力为35-45MPa,转子转速为90rpm,混炼30-60s,备用;
5)将步骤4)中混炼后的特种耐腐蚀橡胶与步骤2)中混炼后的物料B混合后再次混炼,混炼温度为165-170摄氏度、压力为40-42MPa,转子转速为90rpm,混炼2-3min,混炼结束后制成层状,自然冷却得到耐磨橡胶层;
6)将步骤3)中制得的橡胶基底与步骤5)中制得的耐磨橡胶层通过热硫化工艺粘和在一起;
7)取市售的耐磨陶瓷片,在其底面涂上陶瓷有机粘合剂,然后将其粘合到步骤6)中已与橡胶基底粘合在一起的耐磨橡胶层的另一个表面上,从而使耐磨橡胶层表面形成一层耐磨陶瓷片层,然后将其送入到压力机中压制成型即得到产品。
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