CN106505396A - 一种乘用车启停电机用碳刷的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种乘用车启停电机用碳刷的制备方法，包括：将石墨、酚醛树脂、二硫化钨、石油焦和丙酮混合均匀，制得胶质粉；将所述胶质粉、铜粉和二硫化钼混合均匀，制得高含铜量料粉；将所述胶质粉、铜粉和二硫化钼混合均匀，制得低含铜量料粉；将所述高含铜量料粉和低含铜量料粉分别加入到压制模具中，对其进行压制处理，制得碳刷压坯；对所述碳刷压坯进行烧结处理，制得碳刷初品；对所述电刷初品进行磨削处理，得到碳刷成品。本发明通过将高含铜量料层和低含铜量料层复合后压制，使得制备的乘用车启停电机用碳刷使用寿命大大提高。
Description
技术领域
本发明涉及一种乘用车启停电机用碳刷的制备方法，属于电碳领域。
背景技术
乘用车是在其设计和技术特性上主要用于载运乘客及其随身行李或临时物品的汽车，涵盖了轿车、微型客车以及不超过九座的轻型客车。随着人们物质生活水平的提高和汽车在现代社会的普及，人们对乘用车的各种要求也越来越高。在汽车内部有各种各样的电机方便用户对轿车各个系统的操作。
乘用车启停系统是在车辆行驶过程中临时停车(例如等红灯)的时候，自动熄火，当需要继续前进的时候，自动重启发动机的一套系统。重启发动机时，需要起动机(启停电机)重新工作。由于需要经常这样频繁启动，因此对于启停电机用碳刷，其损耗很大，对其使用寿命的要求需要比常规的电机碳刷更长。常规电机碳刷的使用寿命是3.5万次，启停电机用碳刷的使用寿命是25万次以上。
本发明的启停电机用碳刷，基于启停电机碳刷对使用寿命的要求，力求增加其耐磨性，增加使用寿命。碳刷刷体采用两种组分压制，一种为高含铜量料层，一种为低含铜量料层，两层复合后达到增加润滑、降低摩擦、提高使用寿命的目的。
发明内容
本发明为了克服现有乘用车启停电机用碳刷技术中的不足，提供一种乘用车启停电机用碳刷的制备方法，本发明通过将高含铜量料层和低含铜量料层复合后压制，使得制备的碳刷使用寿命大大提高。
本发明提供了一种乘用车启停电机用碳刷的制备方法，包括：
将石墨、酚醛树脂、二硫化钨、石油焦和丙酮混合均匀，制得胶质粉；
将所述胶质粉、铜粉和二硫化钼混合均匀，制得高含铜量料粉；
将所述胶质粉、铜粉和二硫化钼混合均匀，制得低含铜量料粉；
将所述高含铜量料粉和低含铜量料粉分别加入到压制模具中，对其进行压制处理，制得碳刷压坯；
对所述碳刷压坯进行烧结处理，制得碳刷初品；
对所述电刷初品进行磨削处理，得到碳刷成品。
其中，所述的将石墨、酚醛树脂、二硫化钨、石油焦和丙酮混合均匀，制得胶质粉包括：
将石墨、酚醛树脂、二硫化钨和石油焦混合均匀，制得胶质粉初料；
将丙酮加入所述胶质粉初料中混合均匀，制得胶质粉混合料；
对所述胶质粉混合料进行烘干、破碎和过筛处理，制得所述胶质粉。
特别是，所述石墨、酚醛树脂、二硫化钨、石油焦和丙酮的重量份配比为74-78:15-20:2-5:1-5:25-35，所述石墨、酚醛树脂、二硫化钨和石油焦的重量份之和为100份。
尤其是，所述石墨为六方晶系，形状似鱼鳞，呈层状结构，具有很好的耐高温、导电和润滑作用。本发明中所述石墨为黑色天然石墨粉末，碳含量≥99％，碳刷中加入合适的石墨，可以提高产品的耐磨性。
特别是，所述石墨中粒度≤44.5μm的石墨粉占比＜15％，粒度为75-150μm的石墨粉占比40-80％。
尤其是，所述酚醛树脂为黄色粉末，为热固性酚醛树脂，粒度＜75μm；酚醛树脂经高温处理后炭化，可以提高产品的机械强度。
特别是，所述二硫化钨为黑色粉末，含量≥99％，粒度＜30μm；二硫化钨的摩擦系数低，可以提高产品的耐磨性。
尤其是，所述石油焦为黑色粉末，碳含量≥99％，粒度＜150μm；石油焦在碳刷中做作为研磨剂，可以帮助在换向器表面形成均匀的保护膜，提高产品的耐磨性。
特别是，所述丙酮为无色透明液体，主要做溶剂用。
尤其是，将石墨、酚醛树脂、二硫化钨和石油焦混合均匀的时间为10-20min。
特别是，将丙酮加入所述胶质粉初料中混合均匀的时间为60±10min。
尤其是，对所述胶质粉混合料进行烘干处理的温度为50-55℃，时间为10-12hh。
特别是，对烘干后的胶质粉进行破碎处理，制得的胶质粉粒度组成为：
＜45μm的粒度占比：＜15％；100μm--300μm的粒度占比：60--80％；＞420μm的粒度占比：＜5％。
其中，所述高含铜量料粉中胶质粉、铜粉和二硫化钼的重量份配比为42-47:51-53:2-5。
特别是，所述铜粉的含铜量为≥99.5％，粒度为＜44.5μm，松装比为0.5-1.0g/cm3。
尤其是，所述二硫化钼为灰色粉末，含量＞98.5％，粒度＜44.5μm；二硫化钼的摩擦系数低，可以提高产品的耐磨性。
特别是，将所述胶质粉、铜粉和二硫化钼混合均匀，制得高含铜量料粉的时间为40-60min。
其中，所述低含铜量料粉中胶质粉、铜粉和二硫化钼的重量份配比为71-75:20-28:1-5。
特别是，所述铜粉的含铜量为≥99.5％，粒度为＜44.5μm，松装比为0.5-1.0g/cm3。
尤其是，所述二硫化钼为灰色粉末，含量＞98.5％，粒度＜44.5μm；二硫化钼的摩擦系数低，可以提高产品的耐磨性。
特别是，将所述胶质粉、铜粉和二硫化钼混合均匀，制得低含铜量料粉的时间为30-40min。
其中，将所述高含铜量料粉和低含铜量料粉分别加入到压制模具中包括：
将所述高含铜量料粉和低含铜量料粉分别加入到压制模具中后，再将铜软绞线插入其中。
特别是，将所述高含铜量料粉和低含铜量料粉分别加入到压制模具中包括：
先将所述高含铜量料粉放入所述模具中；
再将所述低含铜量料粉放入所述模具中的所述高含铜量料粉之上；
然后，将铜软绞线经由所述模具中的低含铜量料粉插入所述高含铜量料粉之内。
尤其是，所述高含铜量料粉层为总混合料厚度的60-70％；所述低含铜量料粉层为总混合料厚度的30-40％；所述铜软绞线的插线深度为所述模具中总料层厚度的1/2-2/3。
特别是，将所述高含铜量料粉和低含铜量料粉分别加入到压制模具中包括：
先将所述低含铜量料粉放入所述模具中；
再将所述高含铜量料粉放入所述模具中的所述低含铜量料粉之上；
然后，将铜软绞线插入所述高含铜量料粉之内。
尤其是，所述高含铜量料粉层为总混合料厚度的60-70％；所述低含铜量料粉层为总混合料厚度的30-40％；所述铜软绞线的插线深度为所述模具中总料层厚度的1/2-2/3。
其中，对所述模具中的混合料进行压制处理，制得碳刷压坯。
特别是，所述压制处理的单位压力3-4吨/cm2。
其中，对所述碳刷压坯进行烧结处理，制得碳刷初品。
特别是，所述烧结处理的处理温度为500-800℃，处理时间为8.5-15h。
尤其是，所述烧结处理为将所述碳刷压坯在氮气和氢气保护下进行烧结处理，所述氮气和氢气的比例为75％:25％。
其中，对所述碳刷初品进行碳刷成品加工处理，得到碳刷成品。
本发明的优点和有益技术效果如下：
1、本发明乘用车启停电机用碳刷的制备方法采用双层复合压制结构，且两层的含铜量不同，低含铜层摩擦系数低，润滑性能好，耐磨性好，可以提高碳刷的使用寿命，高含铜层电阻率低，导电性能好，提高碳刷的高导电率，两层复合制备性能优良的乘用车启停电机用碳刷。
2、本发明乘用车启停电机用碳刷在制备胶质粉时加入适量的石油焦，有利于在电机换向器的表面形成均匀的润滑膜，通过润滑膜的自润滑作用，可以提高碳刷的使用寿命。
3、本发明方法制备的乘用车启停电机用碳刷性能优良，体积密度为3.15-3.30g/cm3，电阻率为0.40-0.60μΩ.m，洛氏硬度(HR10/392)85-110，使用寿命高达25-28万次，碳刷磨碎小，功率下降不超过10％。
具体实施方式
以下结合实施例对发明进行说明。本发明的优点和特点将会随着描述而更为清楚。但这些实施例仅是范例性的，并不对本发明的范围构成任何限制。本领域技术人员应该理解的是，在不偏离本发明的精神和范围下可以对本发明技术方案的细节和形式进行修改或替换，但这些修改和替换均落入本发明的保护范围内。
实施例1
1、制备胶质粉
按照重量份配比为石墨粉78，酚醛树脂粉15，二硫化钨2，石油焦5，丙酮35准备好原料，然后将石墨、酚醛树脂、二硫化钨和石油焦在常温下混合10min，得到胶质粉初料；然后将丙酮加入胶质粉初料中混合70min，混合均匀，制得胶质粉混合料；最后将胶质粉混合料在50-55℃的温度下烘干12h后，经破碎处理，制得胶质粉。
2、制备高含铜量料粉
按照重量份配比为胶质粉42，铜粉53，二硫化钼5准备好原料，然后将胶质粉、铜粉和二硫化钼在常温下混合60min，混合均匀，制得高含铜量料粉。
3、制备低含铜量料粉
按照重量份配比为胶质粉71，铜粉28，二硫化钼1准备好原料，然后将胶质粉、铜粉和二硫化钼在常温下混合30min，混合均匀，制得低含铜量料粉。
4、压制处理
先将高含铜量料粉放入所述模具中；再将低含铜量料粉放入模具中的高含铜量料粉之上；然后，将铜软绞线经由模具中的低含铜量料粉插入高含铜量料粉之内；其中，高含铜量料粉层为总混合料厚度的70％；低含铜量料粉层为总混合料厚度的30％；铜软绞线的插线深度为所述模具中总料层厚度的2/3。采用压制设备对模具中的混合料进行压制处理，制得碳刷压坯，其中压制处理的单位压力3吨/cm2。
5、烧结及成品加工处理
将压制好的碳刷压坯放置与高温烧结炉中，在氮气和氢气保护下对其进行烧结处理；其中，氮气和氢气的比例为70％:25％；烧结工艺条件为：在15h内将高温烧结炉内温升至800℃，冷却至室温后即得碳刷初品；对碳刷初品进行成品加工处理，制得碳刷成品。
对碳刷成品进行物理性能指标检测，检测结果见表1。
按照下列试验条件和试验方法对碳刷成品进行工作试验，检测碳刷成品的使用寿命及磨损率，测试结果见表2。
工作电压：12V；运行方式：工作1.5s，休息28.5s；试验条件：风冷，电机表面温度不超过50℃。
实施例2
1、制备胶质粉
按照重量份配比为石墨粉76，酚醛树脂粉18，二硫化钨3，石油焦3，丙酮30准备好原料，然后将石墨、酚醛树脂、二硫化钨和石油焦在常温下混合15min，得到胶质粉初料；然后将丙酮加入胶质粉初料中混合60min，混合均匀，制得胶质粉混合料；最后将胶质粉混合料在50-55℃的温度下烘干11h后，经破碎处理，制得胶质粉。
2、制备高含铜量料粉
按照重量份配比为胶质粉45，铜粉52，二硫化钼3准备好原料，然后将胶质粉、铜粉和二硫化钼在常温下混合50min，混合均匀，制得高含铜量料粉。
3、制备低含铜量料粉
按照重量份配比为胶质粉73，铜粉25，二硫化钼2准备好原料，然后将胶质粉、铜粉和二硫化钼在常温下混合35min，混合均匀，制得低含铜量料粉。
4、压制处理
先将高含铜量料粉放入所述模具中；再将低含铜量料粉放入模具中的高含铜量料粉之上；然后，将铜软绞线经由模具中的低含铜量料粉插入高含铜量料粉之内；其中，高含铜量料粉层为总混合料厚度的65％；低含铜量料粉层为总混合料厚度的35％；铜软绞线的插线深度为所述模具中总料层厚度的3/5。采用压制设备对模具中的混合料进行压制处理，制得碳刷压坯，其中压制处理的单位压力3.5吨/cm2。
5、烧结及成品加工处理
将压制好的碳刷压坯放置与高温烧结炉中，在氮气和氢气保护下对其进行烧结处理；其中，氮气和氢气的比例为70％:25％；烧结工艺条件为：在12h内将高温烧结炉内温升至700℃，冷却至室温后即得碳刷初品；对碳刷初品进行成品加工处理，制得碳刷成品。
对碳刷成品进行物理性能指标检测，检测结果见表1。
按照下列试验条件和试验方法对碳刷成品进行工作试验，检测碳刷成品的使用寿命及磨损率，测试结果见表2。
工作电压：12V；运行方式：工作1.5s，休息28.5s；试验条件：风冷，电机表面温度不超过50℃。
实施例3
1、制备胶质粉
按照重量份配比为石墨粉74，酚醛树脂粉20，二硫化钨5，石油焦1，丙酮25准备好原料，然后将石墨、酚醛树脂、二硫化钨和石油焦在常温下混合20min，得到胶质粉初料；然后将丙酮加入胶质粉初料中混合50min，混合均匀，制得胶质粉混合料；最后将胶质粉混合料在50-55℃的温度下烘干10h后，经破碎处理，制得胶质粉。
2、制备高含铜量料粉
按照重量份配比为胶质粉47，铜粉51，二硫化钼2准备好原料，然后将胶质粉、铜粉和二硫化钼在常温下混合40min，混合均匀，制得高含铜量料粉。
3、制备低含铜量料粉
按照重量份配比为胶质粉75，铜粉20，二硫化钼5准备好原料，然后将胶质粉、铜粉和二硫化钼在常温下混合40min，混合均匀，制得低含铜量料粉。
4、压制处理
先将低含铜量料粉放入所述模具中；再将高含铜量料粉放入模具中的低含铜量料粉之上；然后，将铜软绞线插入高含铜量料粉之内；其中，高含铜量料粉层为总混合料厚度的60％；低含铜量料粉层为总混合料厚度的40％；铜软绞线的插线深度为所述模具中总料层厚度的1/2。采用压制设备对模具中的混合料进行压制处理，制得碳刷压坯，其中压制处理的单位压力4吨/cm2。
5、烧结及成品加工处理
将压制好的碳刷压坯放置与高温烧结炉中，在氮气和氢气保护下对其进行烧结处理；其中，氮气和氢气的比例为70％:25％；烧结工艺条件为：在8.5h内将高温烧结炉内温升至500℃，冷却至室温后即得碳刷初品；对碳刷初品进行成品加工处理，制得碳刷成品。
对碳刷成品进行物理性能指标检测，检测结果见表1。
按照下列试验条件和试验方法对碳刷成品进行工作试验，检测碳刷成品的使用寿命及磨损率，测试结果见表2。
工作电压：12V；运行方式：工作1.5s，休息28.5s；试验条件：风冷，电机表面温度不超过50℃。
对照例1
1、制备胶质粉
按照重量份配比为石墨粉80，酚醛树脂粉20，丙酮30准备好原料，然后将石墨、酚醛树脂在常温下混合40min，得到胶质粉初料；然后将丙酮加入胶质粉初料中混合30min，混合均匀，制得胶质粉混合料；最后将胶质粉混合料在50-55℃的温度下烘干12h后，经破碎处理，制得胶质粉。
2、制备高含铜量料粉
按照重量份配比为胶质粉45，铜粉52，二硫化钼3准备好原料，然后将胶质粉、铜粉和二硫化钼在常温下混合60min，混合均匀，制得高含铜量料粉。
3、制备低含铜量料粉
按照重量份配比为胶质粉72，铜粉25，二硫化钼3准备好原料，然后将胶质粉、铜粉和二硫化钼在常温下混合60min，混合均匀，制得低含铜量料粉。
4、压制处理
先将低含铜量料粉放入所述模具中；再将高含铜量料粉放入模具中的低含铜量料粉之上；然后，将铜软绞线插入高含铜量料粉之内；其中，高含铜量料粉层为总混合料厚度的65％；低含铜量料粉层为总混合料厚度的35％；铜软绞线的插线深度为所述模具中总料层厚度的3/5。采用压制设备对模具中的混合料进行压制处理，制得碳刷压坯，其中压制处理的单位压力3.5吨/cm2。
5、烧结及成品加工处理
将压制好的碳刷压坯放置与高温烧结炉中，在氮气和氢气保护下对其进行烧结处理；其中，氮气和氢气的比例为70％:25％；烧结工艺条件为：在12h内将高温烧结炉内温升至700℃，冷却至室温后即得碳刷初品；对碳刷初品进行成品加工处理，制得碳刷成品。
对碳刷成品进行物理性能指标检测，检测结果见表1。
按照下列试验条件和试验方法对碳刷成品进行工作试验，检测碳刷成品的使用寿命及磨损率，测试结果见表2。
工作电压：12V；运行方式：工作1.5s，休息28.5s；试验条件：风冷，电机表面温度不超过50℃。
对照例2
1、制备胶质粉
按照重量份配比为石墨粉79，酚醛树脂粉18，二硫化钨3，丙酮30准备好原料，然后将石墨、酚醛树脂、二硫化钨在常温下混合35min，得到胶质粉初料；然后将丙酮加入胶质粉初料中混合35min，混合均匀，制得胶质粉混合料；最后将胶质粉混合料在50-55℃的温度下烘干12h后，经破碎处理，制得胶质粉。
2、制备高含铜量料粉
按照重量份配比为胶质粉45，铜粉52，二硫化钼3准备好原料，然后将胶质粉、铜粉和二硫化钼在常温下混合60min，混合均匀，制得高含铜量料粉。
3、制备低含铜量料粉
按照重量份配比为胶质粉72，铜粉25，二硫化钼3准备好原料，然后将胶质粉、铜粉和二硫化钼在常温下混合60min，混合均匀，制得低含铜量料粉。
4、压制处理
先将高含铜量料粉放入所述模具中；再将低含铜量料粉放入模具中的高含铜量料粉之上；然后，将铜软绞线经由模具中的低含铜量料粉插入高含铜量料粉之内；其中，高含铜量料粉层为总混合料厚度的65％；低含铜量料粉层为总混合料厚度的35％；铜软绞线的插线深度为所述模具中总料层厚度的3/5。采用压制设备对模具中的混合料进行压制处理，制得碳刷压坯，其中压制处理的单位压力3.5吨/cm2。
5、烧结及成品加工处理
将压制好的碳刷压坯放置与高温烧结炉中，在氮气和氢气保护下对其进行烧结处理；其中，氮气和氢气的比例为70％:25％；烧结工艺条件为：在15h内将高温烧结炉内温升至700℃，冷却至室温后即得碳刷初品；对碳刷初品进行成品加工处理，制得碳刷成品。
对碳刷成品进行物理性能指标检测，检测结果见表1。
按照下列试验条件和试验方法对碳刷成品进行工作试验，检测碳刷成品的使用寿命及磨损率，测试结果见表2。
工作电压：12V；运行方式：工作1.5s，休息28.5s；试验条件：风冷，电机表面温度不超过50℃。
对照例3
1、制备胶质粉
按照重量份配比为石墨粉79，酚醛树脂粉18，石油焦3，丙酮30准备好原料，然后将石墨、酚醛树脂和石油焦在常温下混合30min，得到胶质粉初料；然后将丙酮加入胶质粉初料中混合35min，混合均匀，制得胶质粉混合料；最后将胶质粉混合料在50-55℃的温度下烘干12h后，经破碎处理，制得胶质粉。
2、制备高含铜量料粉
按照重量份配比为胶质粉45，铜粉52，二硫化钼3准备好原料，然后将胶质粉、铜粉和二硫化钼在常温下混合60min，混合均匀，制得高含铜量料粉。
3、制备低含铜量料粉
按照重量份配比为胶质粉72，铜粉25，二硫化钼3准备好原料，然后将胶质粉、铜粉和二硫化钼在常温下混合60min，混合均匀，制得低含铜量料粉。
4、压制处理
先将高含铜量料粉放入所述模具中；再将低含铜量料粉放入模具中的高含铜量料粉之上；然后，将铜软绞线经由模具中的低含铜量料粉插入高含铜量料粉之内；其中，高含铜量料粉层为总混合料厚度的65％；低含铜量料粉层为总混合料厚度的35％；铜软绞线的插线深度为所述模具中总料层厚度的3/5。采用压制设备对模具中的混合料进行压制处理，制得碳刷压坯，其中压制处理的单位压力3.5吨/cm2。
5、烧结及成品加工处理
将压制好的碳刷压坯放置与高温烧结炉中，在氮气和氢气保护下对其进行烧结处理；其中，氮气和氢气的比例为70％:25％；烧结工艺条件为：在15h内将高温烧结炉内温升至700℃，冷却至室温后即得碳刷初品；对碳刷初品进行成品加工处理，制得碳刷成品。
对碳刷成品进行物理性能指标检测，检测结果见表1。
按照下列试验条件和试验方法对碳刷成品进行工作试验，检测碳刷成品的使用寿命及磨损率，测试结果见表2。
工作电压：12V；运行方式：工作1.5s，休息28.5s；试验条件：风冷，电机表面温度不超过50℃。
表1碳刷成品物理性能测试表
表2碳刷成品工作试验测试表
由表1数据可知，本发明方法制备的乘用车启停电机用碳刷性能优良，体积密度为3.15-3.30g/cm3，电阻率为0.40-0.60μΩ.m，洛氏硬度(HR10/392)85-110。
由表2数据可知，对照例1在制备胶质粉阶段里没有加入石油焦和二硫化钨，制备的碳刷使用寿命最短，仅为14万次，10万次后功率下降最大，下降了15％；对照例2在制备胶质粉阶段里没有加入石油焦，制备的碳刷使用寿命较短，为18万次，10万次后功率下降了12％；对照例3在制备胶质粉阶段里没有加入二硫化钨，制备的碳刷使用寿命较短，为23万次，10万次后功率下降了11％；二本发明方法在制备胶质粉阶段里加入了石油焦和二硫化钨，制备的碳刷使用寿命长，达到25-28万次，碳刷磨碎小，功率下降不超过10％。
Claims (6)
1.一种乘用车启停电机用碳刷的制备方法，其特征在于，包括：
将石墨、酚醛树脂、二硫化钨、石油焦和丙酮混合均匀，制得胶质粉；
将所述胶质粉、铜粉和二硫化钼混合均匀，制得高含铜量料粉；
将所述胶质粉、铜粉和二硫化钼混合均匀，制得低含铜量料粉；
将所述高含铜量料粉和低含铜量料粉分别加入到压制模具中，对其进行压制处理，制得碳刷压坯；
对所述碳刷压坯进行烧结处理，制得碳刷初品；
对所述电刷初品进行磨削处理，得到碳刷成品。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，将所述高含铜量料粉和低含铜量料粉分别加入到压制模具中包括：
将所述高含铜量料粉和低含铜量料粉分别加入到压制模具中后，再将铜软绞线插入其中。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述的将石墨、酚醛树脂、二硫化钨、石油焦和丙酮混合均匀，制得胶质粉包括：
将石墨、酚醛树脂、二硫化钨和石油焦混合均匀，制得胶质粉初料；
将丙酮加入所述胶质粉初料中混合均匀，制得胶质粉混合料；
对所述胶质粉混合料进行烘干、破碎和过筛处理，制得所述胶质粉。
4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述石墨、酚醛树脂、二硫化钨、石油焦和丙酮的重量份配比为74-78:15-20:2-5:1-5:25-35。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述高含铜量料粉中胶质粉、铜粉和二硫化钼的重量份配比为42-47:51-53:2-5。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述低含铜量料粉中胶质粉、铜粉和二硫化钼的重量份配比为71-75:20-28:1-5。
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