CN108473371A - 玻璃原丝、玻璃粗纱及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供与砂浆混合时不容易降低砂浆的流动性、并且能够有效地提高水泥系材料的机械强度的玻璃原丝。该玻璃原丝包含含有12质量%以上的ZrO2和10质量%以上的R2O(R为选自Li、Na和K中的至少1种以上)的多根玻璃长丝以及覆盖上述玻璃长丝的表面的覆膜,上述覆膜包含聚乙酸乙烯酯树脂和聚醚系聚氨酯树脂,上述覆膜中的聚醚系聚氨酯树脂的含量以固体成分比率计为10质量%以上90质量%以下。
Description
技术领域
本发明涉及玻璃原丝、玻璃粗纱和该玻璃粗纱的制造方法。
背景技术
玻璃原丝被广泛用作GRC(玻璃纤维增强混凝土,Glassfiber ReinforcedConcrete)的增强材料,已知是对于水泥弥补脆性并提高拉伸强度、弯曲强度、冲击强度的有效手段。
作为GRC的制造方法,例如已知有:向由预先混合的水泥、骨材、水、混合剂等构成的砂浆中混合将玻璃原丝(strand)切断而得到的玻璃短切原丝后,成型为规定的形状而制造的方法。
另外,使用涂布机将上胶剂涂布于从具有数百至数千喷嘴的漏板(bushing)抽出熔融玻璃而得到的玻璃长丝(filament)后,将它们集束,由此能够获得玻璃原丝。所获得的玻璃原丝可以被切断成规定的长度而作为玻璃短切原丝使用。
作为将玻璃原丝切断而形成玻璃短切原丝的方法,有直接法和间接法。直接法是在使用上胶剂将多根玻璃长丝集束而形成玻璃原丝的状态下直接切断、干燥的方法。
另一方面,间接法是包括如下的工序的方法:在使用上胶剂将多根玻璃长丝集束而对齐的状态下卷取于制造纸管而制作卷绕体的纺丝工序;对卷取后的卷绕体进行干燥来使上胶剂干燥而形成覆膜的干燥工序;和一边从干燥后的卷绕体解舒玻璃原丝一边将其切断而制造玻璃短切原丝的加工工序。
上述覆膜具有防止纺丝工序中形成的玻璃长丝的表面产生损伤的功能、防止加工工序中产生绒毛和断线的功能、以及向玻璃原丝赋予束合性并提高GRC成型时的作业性、强度特性的功能。
作为形成这样的覆膜的上胶剂的一个例子,在下述的专利文献1中公开了一种包含乙烯的含有率为5质量%以上的乙烯乙酸乙烯酯共聚物树脂的上胶剂。另外,在下述的专利文献2中公开了一种包含硅烷偶联剂、含有封端异氰酸酯的聚氨酯覆膜形成剂和水的上胶剂。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开2002-60251号公报
专利文献2:日本特表2014-534147号公报
发明内容
发明要解决的技术问题
然而,关于专利文献1的上胶剂,玻璃原丝的束合性不充分。如果玻璃原丝的束合性差,则将玻璃原丝和砂浆混合时,有时会引起玻璃原丝的解纤或破裂,玻璃原丝的分散变得不均匀。在这种情况下,无法制作均质的制品,无法充分地提高GRC的强度特性。另外,有时GRC成型时的砂浆的流动性下降,作业性差。
另外,使用专利文献2的上胶剂,利用间接法制造玻璃原丝时,在干燥工序中,有时会从玻璃纤维中溶出碱而混入上胶剂中。碱混入上胶剂时,有时会损害上胶剂的功能,玻璃原丝的束合性下降,将玻璃原丝从卷绕体解舒变得困难。另外,在专利文献2中只记载了利用直接法的制造方法,对利用间接法的制造方法没有记载。
本发明的目的在于:提供与砂浆混合时不容易降低砂浆的流动性并且能够有效地提高水泥系材料的机械强度的玻璃原丝、使用其的玻璃粗纱和该玻璃粗纱的制造方法。
用于解决技术问题的技术方案
本发明所涉及的玻璃原丝的特征在于:该玻璃原丝包含含有12质量%以上的ZrO2和10质量%以上的R2O(R为选自Li、Na和K中的至少1种以上)的多根玻璃长丝以及覆盖上述玻璃长丝的表面的覆膜,上述覆膜包含聚乙酸乙烯酯树脂和聚醚系聚氨酯树脂,上述覆膜中的聚醚系聚氨酯树脂的含量以固体成分比率计为10质量%以上90质量%以下。
本发明所涉及的玻璃原丝优选上述覆膜还包含乙烯-乙酸乙烯酯共聚物。
本发明所涉及的玻璃原丝优选上述覆膜中的上述乙烯-乙酸乙烯酯共聚物的含量以固体成分比率计为10质量%以上50质量%以下。
本发明所涉及的玻璃原丝优选上述聚醚系聚氨酯树脂的醚部分由聚四亚甲基醚二醇构成。
本发明所涉及的玻璃原丝优选支数为20tex以上200tex以下。
本发明所涉及的玻璃原丝优选长度为3mm以上40mm以下。
本发明所涉及的玻璃原丝优选用于水泥系材料的增强材料。
本发明所涉及的玻璃粗纱包含根据本发明而构成的玻璃原丝。
本发明所涉及的玻璃粗纱的制造方法是根据本发明而构成的玻璃粗纱的制造方法,其包括:将从喷嘴抽出的熔融玻璃冷却而形成玻璃长丝的工序;在多根上述玻璃长丝的表面涂布上胶剂,将上述多根玻璃长丝集束的工序;卷取将上述多根玻璃长丝集束而得到的集束体,制作卷绕体的工序;和使上述上胶剂干燥而在上述玻璃长丝的表面形成覆膜的工序。
发明效果
利用本发明,能够提供与砂浆混合时不容易降低砂浆的流动性并且能够有效地提高水泥系材料的机械强度的玻璃原丝。
附图说明
图1是表示本发明的一个实施方式所涉及的玻璃粗纱的示意立体图。
具体实施方式
以下,对优选的实施方式进行说明。但是,以下的实施方式只是例示,本发明并不限定于以下的实施方式。另外,在各附图中,有时具有实质上相同的功能的部件以相同的符号参照。
本发明的玻璃原丝包含含有12质量%以上的ZrO2和10质量%以上的R2O(R为选自Li、Na和K中的至少1种以上)的多根玻璃长丝以及覆盖上述玻璃长丝的表面的覆膜。上述覆膜包含聚乙酸乙烯酯树脂和聚醚系聚氨酯树脂。覆膜中的聚醚系聚氨酯树脂的含量以固体成分比率计为10质量%以上90质量%以下。
本发明的玻璃原丝包含含有12质量%以上的ZrO2的玻璃长丝,因此,耐碱性优异。因此,即使在用作水泥系材料的增强材料的情况下,玻璃原丝也不容易被水泥中的碱性物质浸蚀。因此,能够防止玻璃原丝的机械强度因碱性物质而下降。
然而,ZrO2是降低熔融性的成分,但本发明的玻璃原丝包含含有10质量%以上的R2O的玻璃长丝,因此,熔融性不容易下降。其中,所谓R2O为10质量%以上,是指玻璃长丝中的LiO2、Na2O和K2O的含量的总和为10质量%以上。
另外,覆盖本发明的玻璃原丝的表面的上述覆膜由聚乙酸乙烯酯树脂和聚醚系聚氨酯树脂构成,因此,难以与从玻璃长丝溶出的碱成分发生反应。因此,上述覆膜的功能不容易因从玻璃长丝溶出的碱而受损。因此,关于本发明的玻璃原丝,其束合性不容易下降,并且容易从卷绕体解舒。
进一步而言,关于覆盖本发明的玻璃原丝的表面的上述覆膜,覆膜中的聚醚系聚氨酯树脂的含量以固体成分比率计为10质量%以上90质量%以下,因此,束合性优异。由于束合性优异,本发明的玻璃原丝与砂浆混合时,不容易引起原丝的解纤或原丝破裂,分散性优异。因此,即使与砂浆混合,也不容易降低砂浆的流动性。还能够提高水泥系材料的机械强度。
由于能够提高水泥系材料的机械强度,本发明的玻璃原丝能够适当用作水泥系材料的增强材料。另外,也可以将本发明的玻璃原丝卷取而形成玻璃粗纱进行保管,需要时从玻璃粗纱抽出而使用。
以下,对本发明的玻璃原丝和玻璃粗纱进一步进行详细说明。
(玻璃原丝)
本发明的玻璃原丝是多根玻璃长丝的集束体。作为构成上述玻璃原丝的玻璃长丝的根数,没有特别限定,例如可以设为数十根至数百根左右。通过在表面涂布上胶剂而将上述玻璃长丝集束。
上述玻璃长丝的具体组成例如以质量%计为SiO2 54~65%、ZrO2 12~25%、Li2O0~5%、Na2O 10~17%、K2O 0~8%、R’O(其中,R’表示Mg、Ca、Sr、Ba、Zn)0~10%、TiO2 0~7%、Al2O3 0~2%,优选以质量%计为SiO2 57~64%、ZrO2 14~24%、Li2O 0.5~3%、Na2O11~15%、K2O 1~5%、R’O(其中,R’表示Mg、Ca、Sr、Ba、Zn)0.2~8%、TiO2 0.5~5%、Al2O30~1%。
玻璃原丝的支数没有特别限定,优选20tex以上200tex以下。玻璃原丝的支数处于上述范围内时,能够更进一步提高砂浆的流动性和水泥系材料的机械强度。
另外,玻璃原丝的支数小于20tex时,有时玻璃原丝的表面积会变大,因与砂浆的摩擦而使砂浆的流动性降低。
另一方面,玻璃原丝的支数大于200tex时,有时玻璃原丝的表面积会变小,与砂浆的粘接面积减少,所获得的水泥系材料的机械强度下降。
希望将本发明的玻璃原丝切割而作为玻璃短切原丝使用。作为玻璃原丝的切割长度,没有特别限定,优选为3mm以上40mm以下。切割长度小于3mm时,会改善砂浆的流动性,但有时不表现水泥系材料的机械强度。另一方面,切割长度大于40mm时,有时容积会变大,因此,砂浆的流动性下降。
如上所述,关于本发明的玻璃原丝,利用覆膜覆盖玻璃长丝的表面。通过将上胶剂涂布于玻璃长丝的表面并干燥,可以形成上述覆膜。
本发明的玻璃原丝优选灼热减量为0.5~2.0质量%。灼热减量小于0.5质量%时,在与砂浆混炼时,有时会因物理摩擦而使玻璃原丝单丝(mono filament)化。因此,有时会显著地降低砂浆的流动性。另外,超过2.0质量%时,有时切割玻璃原丝时的解舒性会变差,引起单丝断裂,在这种情况下,由于加工性下降,因而不优选。其中,灼热减量是按照基于JIS R 3420(2013年)的方法测得的值。
上述覆膜包含聚乙酸乙烯酯树脂和聚醚系聚氨酯树脂。
(聚乙酸乙烯酯树脂)
聚乙酸乙烯酯树脂与水泥系材料的亲合性高,因此,能够通过添加而提高水泥系材料的增强效果。聚乙酸乙烯酯树脂的含量以固体成分比率计优选为10质量%以上90质量%以下。聚乙酸乙烯酯树脂的含量过少时,有时水泥系材料的增强效果会下降。另一方面,聚乙酸乙烯酯树脂的含量过多时,有时玻璃原丝的束合性不充分,砂浆的流动性下降。其中,上述聚乙酸乙烯酯树脂的含量是将上述覆膜设为100质量%时的含量。
(聚醚系聚氨酯树脂)
聚醚系聚氨酯树脂的束合性优异,即使碱成分从玻璃长丝溶出,由于与碱成分的反应性低,也不容易引起玻璃原丝的束合性的下降。
聚醚系聚氨酯树脂可以使用通过使以下所示的异氰酸酯成分与多元醇成分共聚而得到的树脂。
作为构成上述聚醚系聚氨酯树脂的异氰酸酯成分,没有特别限定,例如可以使用二苯甲烷二异氰酸酯(MDI)、二环己烷二异氰酸酯(HMDI)、六亚甲基二异氰酸酯(HDI)、甲苯二异氰酸酯(TDI)或异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)等。从比较廉价且作为聚氨酯反应性也小这样的观点考虑,上述异氰酸酯成分优选为二环己烷二异氰酸酯(HMDI)等脂肪族异氰酸酯。
其中,上述异氰酸酯成分优选不是封端异氰酸酯。本发明如上所述,优选具有优异的覆膜特性、且即使碱成分从玻璃长丝溶出、与碱成分的反应性也低的结构,因此,不优选封端异氰酸酯等因解离温度而反应的结构。
另外,作为构成上述聚醚系聚氨酯树脂的多元醇成分,没有特别限定,优选为聚四亚甲基醚二醇(PTMG)。使用聚四亚甲基醚二醇(PTMG)时,能够获得廉价且强韧的覆膜。另外,使用聚四亚甲基醚二醇(PTMG)时,能够获得滑性更加优异的覆膜,并能够更进一步提高纤维自身的滑性。因此,与砂浆混合时,也能够利用纤维自身的滑性更进一步提高GRC的流动性。
上述聚醚系聚氨酯树脂更优选为将作为异氰酸酯成分的二环己烷二异氰酸酯(HMDI)和作为多元醇成分的聚四亚甲基醚二醇(PTMG)组合而制得的聚醚系聚氨酯树脂。
上述覆膜中的上述聚醚系聚氨酯树脂的含量以固体成分比率计为10质量%以上90质量%以下。聚醚系聚氨酯树脂的含量过少时,难以获得强韧的覆膜。另一方面,聚醚系聚氨酯树脂的含量过多时,有时玻璃原丝不容易切断,加工性下降。
从更进一步提高玻璃原丝的束合性并且更进一步提高加工性的观点考虑,上述覆膜中的上述聚醚系聚氨酯树脂的含量以固体成分比率计更优选为50质量%以上80质量%以下。
其中,上述聚醚系聚氨酯树脂的含量是将上述覆膜设为100质量%时的含量。
(乙烯-乙酸乙烯酯共聚物)
上述覆膜还可以包含乙烯-乙酸乙烯酯共聚物。乙烯-乙酸乙烯酯共聚物与聚乙酸乙烯酯同样,与水泥系材料的亲合性高,因此,能够通过添加而更进一步提高水泥系材料的增强效果。另外,由于乙烯-乙酸乙烯酯共聚物含有乙烯,因此,能够获得富有韧性的覆膜,并能够更进一步提高玻璃原丝的束合性。但是,含量过多时,有时将玻璃原丝解舒时的解舒性会变差。
从更进一步提高覆膜的韧性以及与水泥系材料的亲合性的观点考虑,乙烯-乙酸乙烯酯共聚物的含量以固体成分比率计优选为3质量%以上,更优选为10质量%以上,优选为50质量%以下,更优选为30质量%以下。
其中,上述乙烯-乙酸乙烯酯共聚物的含量是将上述覆膜设为100质量%时的含量。
(玻璃粗纱)
图1是表示本发明的一个实施方式所涉及的玻璃粗纱的示意立体图。如图1所示,玻璃粗纱10具有以玻璃原丝11成为层状的方式重叠、卷取而成的圆筒形状的结构。玻璃原丝11是根据本发明而构成的上述玻璃原丝。即,本发明的玻璃粗纱包含根据本发明而构成的上述玻璃原丝。
本发明的玻璃粗纱的制造方法没有特别限定,例如可以按照以下的方法制造。
首先,将投入玻璃熔融炉内的玻璃原料熔融而成为熔融玻璃,使熔融玻璃成为均质的状态后,从设在漏板上的具有耐热性的喷嘴抽出熔融玻璃。之后,将所抽出的熔融玻璃冷却而形成玻璃长丝。
接着,在该玻璃长丝的表面涂布后述的上胶剂。在均等地涂布上胶剂的状态下,将数百至数千根该玻璃长丝对齐、集束。可以利用直接法直接切割集束后的玻璃长丝,但本制造方法中,利用以下的间接法。
在利用间接法的制造方法中,首先,在使用上胶剂将玻璃长丝集束而对齐的状态下,卷取于制造纸管,制作纱锭(卷绕体)。接着,将上胶剂干燥,在玻璃长丝的表面形成覆膜,得到玻璃粗纱。另外,也可以将从所获得的多个玻璃粗纱解舒下来的玻璃原丝一起集束、卷取而形成玻璃粗纱。
如此操作而制作的玻璃粗纱可以以该形状保存,根据需要使用。另外,也可以一起切割。关于玻璃粗纱,可以将玻璃原丝一边解舒一边切割,作为玻璃短切原丝使用。
对于卷取成卷绕形状的玻璃粗纱,出于防尘、防止污渍、保护纤维表面等的目的,实施有机膜材料、例如收缩包装、伸展膜等与用途相对应的包装,以叠层成多段的状态供给顾客。
利用本发明的玻璃粗纱的制造方法,即使碱成分从玻璃长丝溶出,涂布本发明所使用的上胶剂而形成的覆膜的功能也不会受损,因此,玻璃原丝的束合性不会下降,并且容易将玻璃原丝从玻璃粗纱解舒。
上述上胶剂包含聚乙酸乙烯酯树脂和聚醚系聚氨酯树脂。上述上胶剂中的上述聚醚系聚氨酯树脂的含量以固体成分比率计为10质量%以上90质量%以下。构成上述上胶剂的聚乙酸乙烯酯树脂和聚醚系聚氨酯树脂能够分别以上述覆膜的段所说明的添加量使用与上述覆膜的段所说明的聚乙酸乙烯酯树脂和聚醚系聚氨酯树脂相同的化合物。另外,也可以以上述覆膜的段所说明的添加量包含乙烯-乙酸乙烯酯共聚物。
另外,上述上胶剂除了上述成分以外,例如还可以包含硅烷偶联剂。作为上述硅烷偶联剂,具体而言,可以使用氨基硅烷、环氧硅烷、乙烯基硅烷、丙烯酸硅烷、氯硅烷、巯基硅烷、脲基硅烷等。另外,通过添加硅烷偶联剂,能够改善玻璃原丝表面与上胶剂的反应性,并能够更进一步提高拉伸强度等机械强度。另外,在上述上胶剂中,除了上述的硅烷偶联剂以外,还可以包含润滑剂、非离子系的表面活性剂、抗静电剂等各成分,各成分的配合比可以根据需要决定。
上述上胶剂包含聚乙酸乙烯酯树脂和聚醚系聚氨酯树脂,因此,不容易与从玻璃长丝溶出的碱性成分反应。因此,将原丝从所获得的玻璃粗纱解舒时,解舒阻力不容易变大,能够抑制断线的发生。
另外,优选调整上述上胶剂的涂布量,使得上述的玻璃原丝的灼热减量成为0.5~2.0质量%。
以下,基于具体的实施例对本发明进行更详细的说明。本发明并不受以下的实施例的任何限定,能够在不改变其要点的范围内适当变更而实施。
(实施例1)
(上胶剂的制备)
以所形成的覆膜中的聚乙酸乙烯酯树脂成为24质量%、聚醚系聚氨酯树脂A成为75质量%、氨基硅烷偶联剂成为0.5质量%和石蜡成为0.5质量%的方式,将这些成分均质混合,制备上胶剂。
其中,作为聚醚系聚氨酯树脂A,使用二异氰酸酯成分由HMDI构成且多元醇成分由PTMG构成的聚氨酯树脂。作为氨基硅烷偶联剂,使用γ氨基丙基三乙氧基硅烷(Sila-AceS330:CHISSO公司制造)。为了调整纱线质量,添加一定量的石蜡。
(玻璃短切原丝的制作)
首先,以成为SiO2 58.3质量%、ZrO2 17.7质量%、Li2O 0.5质量%、Na2O 14.3质量%、K2O 2.0质量%、CaO 0.7质量%、TiO2 6.5质量%的组成的方式,从具有数百~数千的喷嘴的漏板抽出熔融玻璃,获得玻璃长丝。
接着,在所获得的玻璃长丝的表面,使用涂布机以使得灼热减量成为1.61质量%的方式调整并涂布预先制备的上述上胶剂,将这些玻璃长丝集束、卷取,制作纱锭。
接着,使该纱锭在130℃、10小时的条件下干燥,形成玻璃粗纱,一边从玻璃粗纱解舒原丝一边将其切断成13mm的切割长度,制作玻璃短切原丝。其中,玻璃原丝的支数为40tex。
(实施例2~13和比较例1、2)
除了如下述的表1~3那样地设定覆膜的成分比例、灼热减量、原丝支数和切割长度以外,与实施例1同样操作,制作玻璃短切原丝。其中,下述的表1~3中的聚乙酸乙烯酯树脂、聚醚系聚氨酯树脂和乙烯—乙酸乙烯酯共聚物树脂的含量是以固体成分比率计的含量。
另外,制备上胶剂时,在实施例5、6、10、12和13中,还添加乙烯含有率为5质量%或10质量%的乙烯—乙酸乙烯酯共聚物树脂,以覆膜中的各成分的值成为下述表1~3所示的值的方式进行均质混合。另外,在实施例11中,使用二异氰酸酯成分由IPDI构成且多元醇成分由PPG构成的聚醚系聚氨酯树脂B来代替聚醚系聚氨酯树脂A,以覆膜中的各成分的值成为下述表2所示的值的方式进行均质混合。
(评价)
对实施例1~13和比较例1、2中得到的玻璃短切原丝进行下述的评价。将结果示于下述的表1~3。
(振动流动值(tapping flow value))
使用实施例1~13和比较例1、2中得到的各玻璃短切原丝,对成型时的GRC砂浆的流动性进行测定。
利用振动流动值评价成型时的GRC砂浆的流动性。使用向利用OMNI Mixer制作的水泥10kg、石英砂5kg、水4.2kg的砂浆中混入实施例1~13和比较例1、2中得到的玻璃短切原丝3质量%而成的GRC砂浆,基于JIS R 5201的流动试验,测定振动流动值。
(弯曲强度)
向利用OMNI Mixer制作的水泥10kg、石英砂5kg、水4.2kg的砂浆中混入实施例1~13和比较例1、2中得到的玻璃短切原丝3质量%,使用OMNI Mixer进行混炼,制作GRC。
利用弯曲强度对所制作的GRC的机械强度进行评价。以三点载荷方式、在间距225mm、试验速度2mm/min的条件下对制作后经过了4周的GRC试验体(275×50×15mm)进行GRC的弯曲强度测定。
实施例1~13的振动流动值为167mm以上,具有充分的流动性。另一方面,比较例1、2的振动流动值为165mm以下,流动性低。另外,实施例1~13的弯曲强度为149MPa以上,具有充分的弯曲强度。
[表1]
[表2]
[表3]
符号说明
10...玻璃粗纱
11...玻璃原丝
Claims (9)
1.一种玻璃原丝,其特征在于:
该玻璃原丝包含含有12质量%以上的ZrO2和10质量%以上的R2O的多根玻璃长丝以及覆盖所述玻璃长丝的表面的覆膜,其中,R为选自Li、Na和K中的至少1种以上,
所述覆膜包含聚乙酸乙烯酯树脂和聚醚系聚氨酯树脂,
所述覆膜中的聚醚系聚氨酯树脂的含量以固体成分比率计为10质量%以上90质量%以下。
2.如权利要求1所述的玻璃原丝,其特征在于:
所述覆膜还包含乙烯-乙酸乙烯酯共聚物。
3.如权利要求2所述的玻璃原丝,其特征在于:
所述覆膜中的所述乙烯-乙酸乙烯酯共聚物的含量以固体成分比率计为10质量%以上50质量%以下。
4.如权利要求1~3中任一项所述的玻璃原丝,其特征在于:
所述聚醚系聚氨酯树脂的醚部分由聚四亚甲基醚二醇构成。
5.如权利要求1~4中任一项所述的玻璃原丝,其特征在于:
支数为20tex以上200tex以下。
6.如权利要求1~5中任一项所述的玻璃原丝,其特征在于:
长度为3mm以上40mm以下。
7.如权利要求1~6中任一项所述的玻璃原丝,其特征在于:
其用于水泥系材料的增强材料。
8.一种包含权利要求1~7中任一项所述的玻璃原丝的玻璃粗纱。
9.一种玻璃粗纱的制造方法,其用于制造权利要求8所述的玻璃粗纱,该制造方法的特征在于,包括:
将从喷嘴抽出的熔融玻璃冷却而形成玻璃长丝的工序;
在多根所述玻璃长丝的表面涂布上胶剂,将所述多根玻璃长丝集束的工序;
卷取将所述多根玻璃长丝集束而得到的集束体,制作卷绕体的工序;和
使所述上胶剂干燥而在所述玻璃长丝的表面形成覆膜的工序。
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