CN109082231B - 一种聚合物基导电处理乳液及其使用方法 - Google Patents

一种聚合物基导电处理乳液及其使用方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种聚合物乳液,尤其涉及一种聚合物基导电处理乳液及其使用方法。所述的聚合物基导电处理乳液按照重量份数计包括以下组分:环氧烃基改性硅油100份、聚硅烷接枝氧化石墨烯30‑45份、聚苯胺10‑20份、锌粉10‑15份、乳化剂5‑10份、蒸馏水60‑80份、助乳化剂3‑8份、表面活性剂1‑5份以及冰醋酸0.5‑3份。本发明具有以下优点:(1)导电填料与乳液之间的相容性好,导电填料能够均匀分布在导电乳液中;(2)通过乳液的固化,能够将导电填料有效的固定在基材表面;(3)导电性能优异。

Description

一种聚合物基导电处理乳液及其使用方法
技术领域
本发明涉及一种聚合物乳液,尤其涉及一种聚合物基导电处理乳液及其使用方法。
背景技术
通常高分子聚合物为绝缘体,例如包裹于电缆外层的电缆料以及家用电器外壳,因此其在电气工业中的作用非常大。然而由于高分子聚合物的绝缘性,其也存在着一定的问题,例如高分子聚合物容易累计静电,在某些情况下累计的静电容易伤人甚至引发火灾。同时,在某些情况下,需要屏蔽电磁信号,高分子聚合物便无能为力。
例如一种在中国专利文献上报道的一种石墨烯导电泡沫的制备方法,其授权公告号为CN102557022B,该发明方法首先将石墨片加入含有硝酸钠的浓硫酸中,再加入高锰酸钾,35~40℃下保温60~90分钟;磁力搅拌下加入水,85~95℃下保温60~90分钟;加入质量含量30%的双氧水,搅拌后过滤,经过两次分散和离心分离后超声分离,获得氧化石墨烯;将泡沫分散有氧化石墨烯的水中,将氧化石墨烯涂覆在泡沫表面,捞出泡沫后浸入含有还原剂的水溶液中进行还原反应,获得表面涂覆石墨烯导电层的导电泡沫。本发明方法通过泡沫表面吸附石墨烯导电薄膜获得导电泡沫,制备的导电泡沫具有密度低、电导率高、比表面积大、成本低的优点,但是其也存在着许多的不足之处,例如其仅仅是将石墨烯涂敷在泡沫表面,但并没有合适的固定方法将石墨烯进行固定,从而使得通过该发明得到的导电泡沫表面的石墨烯容易随着摩擦而掉落损耗,同时其仅仅在通过石墨烯这一种导电材料对其进行导电,因而其电阻率往往较高。
发明内容
本发明是为克服现有技术中导电填料与基材之间的相容性较差,导电填料不能够均匀的分散固定在基材表面,同时导电填料会随着日常的摩擦而损耗,因此导致其导电效果不明显,提供了一种能够有效的提高导电填料与基材之间的相容性,导电填料能够均匀的分布在乳液中,随着乳液的固化而有效固定在基材表面,而不会被日常的摩擦而损耗,从而保证始终能够保证其导电效果的一种聚合物基导电处理乳液及其使用方法。
为实现上述目的,本发明通过以下方案实现:
一种聚合物基导电处理乳液,所述的聚合物基导电处理乳液按照重量份数计包括以下组分:环氧烃基改性硅油100份、聚硅烷接枝氧化石墨烯30-45份、聚苯胺10-20份、锌粉10-15份、乳化剂5-10份、蒸馏水60-80份、助乳化剂3-8份、表面活性剂1-5份以及冰醋酸0.5-3份。
作为优选,所述的聚合物基导电处理乳液按照重量份数计包括以下组分:环氧烃基改性硅油100份、聚硅烷接枝氧化石墨烯35-40份、聚苯胺15-18份、锌粉10-15份、乳化剂8-10份、蒸馏水60-70份、助乳化剂4-8份、表面活性剂2-5份以及冰醋酸0.5-2份。
作为优选,所述的聚合物基导电处理乳液按照重量份数计包括以下组分:环氧烃基改性硅油100份、聚硅烷接枝氧化石墨烯38份、聚苯胺16份、锌粉12份、乳化剂9份、蒸馏水65份、助乳化剂5份、表面活性剂4份以及冰醋酸1份。
本发明中采用在有机硅聚合物乳液中添加导电基材进行实现,本发明中的导电基材包括聚硅烷接枝氧化石墨烯、聚苯胺以及锌粉。其中聚硅烷接枝氧化石墨烯由于其分子中含有导电的聚硅烷高分子结构,因此将其接枝到氧化石墨烯表面能够有效的增强氧化石墨烯在乳液中的分散性,使得其能够在乳液中均匀的分散。同时,添加有聚苯胺以及锌粉能够有效的提高乳液的导电效果,聚苯胺还能够与环氧烃基改性硅油发生反应而固化,保证了最终乳液的固化速度。本发明中的环氧烃基改性硅油中含有较多的环氧基能够有效的与基材发生固化,从而保证了乳液在基材表面的附着力度。
作为优选,所述的聚合物基导电处理乳液中聚硅烷接枝氧化石墨烯的制备方法如下:
(1)表面改性氧化石墨烯的制备:按照重量份数计取氧化石墨烯20份分散于100份的水中,然后向其中加入5份硼氢化钠以及3份锌粉的混合物,50~65℃搅拌反应3小时后,加入5%盐酸20份继续反应1小时,将溶液超声2-3小时后置于透析袋中透析,冷冻干燥得到经过表面活化的氧化石墨烯;
(2)硅氢封端聚硅烷的制备:在氮气保护下,按照重量份数计取金属钠5份加入到100份甲苯中,升高温度至105℃,搅拌桨金属钠打散成钠砂,然后降低温度至65℃,向其中加入甲基苯基二氯硅烷20份、二甲基氯硅烷1份以及二甘醇二甲醚1份,反应3-8小时后停止反应,过滤生成的盐,除去滤液中的溶剂,得到硅氢封端聚硅烷;
(3)接枝改性:按照重量份计,将经过表面活化的氧化石墨烯10份以及0.05%三(五氟苯基)硼烷甲苯溶液1份均匀分散于100份甲苯溶剂中,然后向其中滴加15份硅氢封端聚硅烷溶于30份甲苯所成的溶液,30℃下搅拌反应3小时,然后回流反应1小时后,蒸除溶剂,得到聚硅烷接枝氧化石墨烯。
氧化石墨烯表面含有大量的含氧基团,例如羟基、羧基、羰基以及醛基,通过使用硼氢化钠以及锌粉能够有效的将其表面的羧基、羰基以及醛基还原成为羟基,生成的羟基能够与聚硅烷良好的发生反应,最终使得两者之间的接枝反应更加的顺利。
本发明中的硅氢封端聚硅烷通过传统的碱金属缩合法,将甲基苯基二氯硅烷作为主链材料,二甲基氯硅烷作为封端材料,能够有效快捷的合成硅氢封端聚硅烷。
本发明中的聚硅烷接枝氧化石墨烯通过含有的硅氢结构与经过表面活化的氧化石墨烯表面的羟基反应,通过脱除氢气进行接枝反应,最终得到表面接枝聚硅烷的氧化石墨烯。由于聚硅烷与氧化石墨烯均是良好的导电体,因此将其两者进行接枝聚合,能够使得其在保证良好的导电性的前提下,能够有效的提高其与乳液的相容性。
作为优选,所述的聚合物基导电处理乳液中乳化剂为异十三醇聚氧乙烯醚、脂肪醇聚氧乙烯醚、烷基酚聚氧乙烯醚、壬基酚聚氧乙烯醚、烷基胺氧化物以及硬脂酸聚氧乙烯酯中的一种。
作为优选,所述的聚合物基导电处理乳液中助乳化剂为聚乙二醇200、异丙醇、甘油、乙二醇单丁醚或者正丁醇中的一种。
作为优选,所述的聚合物基导电处理乳液中表面活性剂为直链烷基苯磺酸钠、月桂醇硫酸钠、木质素磺酸盐、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠或者硬脂酸甘油单酯中的一种。
如前所述的聚合物基导电处理乳液的使用方法,其特征在于,所述的使用方法包括以下步骤:
(a)基材清洁:将需要经过导电处理的基材使用乙醇清洗干净,去除基材表面的油渍;
(b)涂覆:将聚合物基导电处理乳液均匀涂覆于基材表面;
(c)固化:将涂覆有聚合物基导电处理乳液的基材置于烘箱中加热固化,得到表面导电基材。
作为优选,所述的步骤(b)中聚合物基导电处理乳的涂覆厚度为0.8~3.5mm。
作为优选,所述的步骤(c)中加热固化温度为85~100℃,固化时间20~60分钟。
因此,本发明具有以下优点:(1)导电填料与乳液之间的相容性好,导电填料能够均匀分布在导电乳液中;(2)通过乳液的固化,能够将导电填料有效的固定在基材表面;(3)导电性能优异。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明的技术方案作以进一步描述说明。
如果无特殊说明,本发明的实施例中说采用的原料均为本领域常用的原料,实施例中所采用的方法,均为本领域的常规方法。
实施例1
一种聚合物基导电处理乳液,所述的聚合物基导电处理乳液按照重量份数计包括以下组分:环氧烃基改性硅油100份、聚硅烷接枝氧化石墨烯30份、聚苯胺10份、锌粉10份、异十三醇聚氧乙烯醚5份、蒸馏水60份、聚乙二醇200 3份、直链烷基苯磺酸钠1份以及冰醋酸0.5份。
所述的聚合物基导电处理乳液中聚硅烷接枝氧化石墨烯的制备方法如下:
(1)表面改性氧化石墨烯的制备:按照重量份数计取氧化石墨烯20份分散于100份的水中,然后向其中加入5份硼氢化钠以及3份锌粉的混合物,50℃搅拌反应3小时后,加入5%盐酸20份继续反应1小时,将溶液超声2小时后置于透析袋中透析,冷冻干燥得到经过表面活化的氧化石墨烯;
(2)硅氢封端聚硅烷的制备:在氮气保护下,按照重量份数计取金属钠5份加入到100份甲苯中,升高温度至105℃,搅拌桨金属钠打散成钠砂,然后降低温度至65℃,向其中加入甲基苯基二氯硅烷20份、二甲基氯硅烷1份以及二甘醇二甲醚1份,反应8小时后停止反应,过滤生成的盐,除去滤液中的溶剂,得到硅氢封端聚硅烷;
(3)接枝改性:按照重量份计,将经过表面活化的氧化石墨烯10份以及0.05%三(五氟苯基)硼烷甲苯溶液1份均匀分散于100份甲苯溶剂中,然后向其中滴加15份硅氢封端聚硅烷溶于30份甲苯所成的溶液,30℃下搅拌反应3小时,然后回流反应1小时后,蒸除溶剂,得到聚硅烷接枝氧化石墨烯。
如前所述的聚合物基导电处理乳液的使用方法,所述的使用方法包括以下步骤:
(a)基材清洁:将需要经过导电处理的基材使用乙醇清洗干净,去除基材表面的油渍;
(b)涂覆:将聚合物基导电处理乳液均匀涂覆于基材表面,涂覆厚度为0.8mm;
(c)固化:将涂覆有聚合物基导电处理乳液的基材置于烘箱中加热至85℃进行固化,固化时间60分钟,得到表面导电基材。
实施例2
一种聚合物基导电处理乳液,所述的聚合物基导电处理乳液按照重量份数计包括以下组分:环氧烃基改性硅油100份、聚硅烷接枝氧化石墨烯45份、聚苯胺20份、锌粉15份、脂肪醇聚氧乙烯醚10份、蒸馏水80份、异丙醇8份、月桂醇硫酸钠5份以及冰醋酸3份。
所述的聚合物基导电处理乳液中聚硅烷接枝氧化石墨烯的制备方法如下:
(1)表面改性氧化石墨烯的制备:按照重量份数计取氧化石墨烯20份分散于100份的水中,然后向其中加入5份硼氢化钠以及3份锌粉的混合物,65℃搅拌反应3小时后,加入5%盐酸20份继续反应1小时,将溶液超声2小时后置于透析袋中透析,冷冻干燥得到经过表面活化的氧化石墨烯;
(2)硅氢封端聚硅烷的制备:在氮气保护下,按照重量份数计取金属钠5份加入到100份甲苯中,升高温度至105℃,搅拌桨金属钠打散成钠砂,然后降低温度至65℃,向其中加入甲基苯基二氯硅烷20份、二甲基氯硅烷1份以及二甘醇二甲醚1份,反应8小时后停止反应,过滤生成的盐,除去滤液中的溶剂,得到硅氢封端聚硅烷;
(3)接枝改性:按照重量份计,将经过表面活化的氧化石墨烯10份以及0.05%三(五氟苯基)硼烷甲苯溶液1份均匀分散于100份甲苯溶剂中,然后向其中滴加15份硅氢封端聚硅烷溶于30份甲苯所成的溶液,30℃下搅拌反应3小时,然后回流反应1小时后,蒸除溶剂,得到聚硅烷接枝氧化石墨烯。
如前所述的聚合物基导电处理乳液的使用方法,所述的使用方法包括以下步骤:
(a)基材清洁:将需要经过导电处理的基材使用乙醇清洗干净,去除基材表面的油渍;
(b)涂覆:将聚合物基导电处理乳液均匀涂覆于基材表面,涂覆厚度为3.5mm;
(c)固化:将涂覆有聚合物基导电处理乳液的基材置于烘箱中加热至100℃进行固化,固化时间20分钟,得到表面导电基材。
实施例3
一种聚合物基导电处理乳液,所述的聚合物基导电处理乳液按照重量份数计包括以下组分:环氧烃基改性硅油100份、聚硅烷接枝氧化石墨烯35份、聚苯胺15份、锌粉10份、烷基酚聚氧乙烯醚8份、蒸馏水60份、乙二醇单丁醚4份、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠2份以及冰醋酸0.5份。
所述的聚合物基导电处理乳液中聚硅烷接枝氧化石墨烯的制备方法如下:
(1)表面改性氧化石墨烯的制备:按照重量份数计取氧化石墨烯20份分散于100份的水中,然后向其中加入5份硼氢化钠以及3份锌粉的混合物,55℃搅拌反应3小时后,加入5%盐酸20份继续反应1小时,将溶液超声2小时后置于透析袋中透析,冷冻干燥得到经过表面活化的氧化石墨烯;
(2)硅氢封端聚硅烷的制备:在氮气保护下,按照重量份数计取金属钠5份加入到100份甲苯中,升高温度至105℃,搅拌桨金属钠打散成钠砂,然后降低温度至65℃,向其中加入甲基苯基二氯硅烷20份、二甲基氯硅烷1份以及二甘醇二甲醚1份,反应8小时后停止反应,过滤生成的盐,除去滤液中的溶剂,得到硅氢封端聚硅烷;
(3)接枝改性:按照重量份计,将经过表面活化的氧化石墨烯10份以及0.05%三(五氟苯基)硼烷甲苯溶液1份均匀分散于100份甲苯溶剂中,然后向其中滴加15份硅氢封端聚硅烷溶于30份甲苯所成的溶液,30℃下搅拌反应3小时,然后回流反应1小时后,蒸除溶剂,得到聚硅烷接枝氧化石墨烯。
如前所述的聚合物基导电处理乳液的使用方法,所述的使用方法包括以下步骤:
(a)基材清洁:将需要经过导电处理的基材使用乙醇清洗干净,去除基材表面的油渍;
(b)涂覆:将聚合物基导电处理乳液均匀涂覆于基材表面,涂覆厚度为1.5mm;
(c)固化:将涂覆有聚合物基导电处理乳液的基材置于烘箱中加热至90℃进行固化,固化时间45分钟,得到表面导电基材。
实施例4
一种聚合物基导电处理乳液,所述的聚合物基导电处理乳液按照重量份数计包括以下组分:环氧烃基改性硅油100份、聚硅烷接枝氧化石墨烯40份、聚苯胺18份、锌粉15份、硬脂酸聚氧乙烯酯10份、蒸馏水70份、正丁醇8份、硬脂酸甘油单酯5份以及冰醋酸2份。
所述的聚合物基导电处理乳液中聚硅烷接枝氧化石墨烯的制备方法如下:
(1)表面改性氧化石墨烯的制备:按照重量份数计取氧化石墨烯20份分散于100份的水中,然后向其中加入5份硼氢化钠以及3份锌粉的混合物,60℃搅拌反应3小时后,加入5%盐酸20份继续反应1小时,将溶液超声2小时后置于透析袋中透析,冷冻干燥得到经过表面活化的氧化石墨烯;
(2)硅氢封端聚硅烷的制备:在氮气保护下,按照重量份数计取金属钠5份加入到100份甲苯中,升高温度至105℃,搅拌桨金属钠打散成钠砂,然后降低温度至65℃,向其中加入甲基苯基二氯硅烷20份、二甲基氯硅烷1份以及二甘醇二甲醚1份,反应8小时后停止反应,过滤生成的盐,除去滤液中的溶剂,得到硅氢封端聚硅烷;
(3)接枝改性:按照重量份计,将经过表面活化的氧化石墨烯10份以及0.05%三(五氟苯基)硼烷甲苯溶液1份均匀分散于100份甲苯溶剂中,然后向其中滴加15份硅氢封端聚硅烷溶于30份甲苯所成的溶液,30℃下搅拌反应3小时,然后回流反应1小时后,蒸除溶剂,得到聚硅烷接枝氧化石墨烯。
如前所述的聚合物基导电处理乳液的使用方法,所述的使用方法包括以下步骤:
(a)基材清洁:将需要经过导电处理的基材使用乙醇清洗干净,去除基材表面的油渍;
(b)涂覆:将聚合物基导电处理乳液均匀涂覆于基材表面,涂覆厚度为3mm;
(c)固化:将涂覆有聚合物基导电处理乳液的基材置于烘箱中加热至95℃进行固化,固化时间30分钟,得到表面导电基材。
实施例5
一种聚合物基导电处理乳液,所述的聚合物基导电处理乳液按照重量份数计包括以下组分:环氧烃基改性硅油100份、聚硅烷接枝氧化石墨烯38份、聚苯胺16份、锌粉12份、烷基酚聚氧乙烯醚9份、蒸馏水65份、甘油5份、月桂醇硫酸钠4份以及冰醋酸1份。
所述的聚合物基导电处理乳液中聚硅烷接枝氧化石墨烯的制备方法如下:
(1)表面改性氧化石墨烯的制备:按照重量份数计取氧化石墨烯20份分散于100份的水中,然后向其中加入5份硼氢化钠以及3份锌粉的混合物,55℃搅拌反应3小时后,加入5%盐酸20份继续反应1小时,将溶液超声2小时后置于透析袋中透析,冷冻干燥得到经过表面活化的氧化石墨烯;
(2)硅氢封端聚硅烷的制备:在氮气保护下,按照重量份数计取金属钠5份加入到100份甲苯中,升高温度至105℃,搅拌桨金属钠打散成钠砂,然后降低温度至65℃,向其中加入甲基苯基二氯硅烷20份、二甲基氯硅烷1份以及二甘醇二甲醚1份,反应8小时后停止反应,过滤生成的盐,除去滤液中的溶剂,得到硅氢封端聚硅烷;
(3)接枝改性:按照重量份计,将经过表面活化的氧化石墨烯10份以及0.05%三(五氟苯基)硼烷甲苯溶液1份均匀分散于100份甲苯溶剂中,然后向其中滴加15份硅氢封端聚硅烷溶于30份甲苯所成的溶液,30℃下搅拌反应3小时,然后回流反应1小时后,蒸除溶剂,得到聚硅烷接枝氧化石墨烯。
如前所述的聚合物基导电处理乳液的使用方法,所述的使用方法包括以下步骤:
(a)基材清洁:将需要经过导电处理的基材使用乙醇清洗干净,去除基材表面的油渍;
(b)涂覆:将聚合物基导电处理乳液均匀涂覆于基材表面,涂覆厚度为2.8mm;
(c)固化:将涂覆有聚合物基导电处理乳液的基材置于烘箱中加热至95℃进行固化,固化时间45分钟,得到表面导电基材。
对实施例1~5所得聚合物基导电处理乳液进行测试,测试结果如下表所示:
表1
Figure BDA0001759731440000071
通过表中数据可知,本发明中得到的聚合物基导电处理乳液具有良好的基体附着力,以及良好的导电率。

Claims (9)

1.一种聚合物基导电处理乳液,其特征在于,所述的聚合物基导电处理乳液按照重量份数计包括以下组分:环氧烃基改性硅油100份、聚硅烷接枝氧化石墨烯30-45份、聚苯胺10-20份、锌粉10-15份、乳化剂5-10份、蒸馏水60-80份、助乳化剂3-8份、表面活性剂1-5份以及冰醋酸0.5-3份;
所述聚硅烷接枝氧化石墨烯的制备方法如下:
(1)表面改性氧化石墨烯的制备:按照重量份数计取氧化石墨烯20份分散于100份的水中,然后向其中加入5份硼氢化钠以及3份锌粉的混合物,50~65℃搅拌反应3小时后,加入5%盐酸20份继续反应1小时,将溶液超声2小时后置于透析袋中透析,冷冻干燥得到经过表面活化的氧化石墨烯;
(2)硅氢封端聚硅烷的制备:在氮气保护下,按照重量份数计取金属钠5份加入到100份甲苯中,升高温度至105℃,搅拌桨金属钠打散成钠砂,然后降低温度至65℃,向其中加入甲基苯基二氯硅烷20份、二甲基氯硅烷1份以及二甘醇二甲醚1份,反应8小时后停止反应,过滤生成的盐,除去滤液中的溶剂,得到硅氢封端聚硅烷;
(3)接枝改性:按照重量份计,将经过表面活化的氧化石墨烯10份以及0.05%三(五氟苯基)硼烷甲苯溶液1份均匀分散于100份甲苯溶剂中,然后向其中滴加15份硅氢封端聚硅烷溶于30份甲苯所成的溶液,30℃下搅拌反应3小时,然后回流反应1小时后,蒸除溶剂,得到聚硅烷接枝氧化石墨烯。
2.根据权利要求1所述的一种聚合物基导电处理乳液,其特征在于,所述的聚合物基导电处理乳液按照重量份数计包括以下组分:环氧烃基改性硅油100份、聚硅烷接枝氧化石墨烯35-40份、聚苯胺15-18份、锌粉10-15份、乳化剂8-10份、蒸馏水60-70份、助乳化剂4-8份、表面活性剂2-5份以及冰醋酸0.5-2份。
3.根据权利要求1所述的一种聚合物基导电处理乳液,其特征在于,所述的聚合物基导电处理乳液按照重量份数计包括以下组分:环氧烃基改性硅油100份、聚硅烷接枝氧化石墨烯38份、聚苯胺16份、锌粉12份、乳化剂9份、蒸馏水65份、助乳化剂5份、表面活性剂4份以及冰醋酸1份。
4.根据权利要求1或2或3所述的一种聚合物基导电处理乳液,其特征在于,所述的聚合物基导电处理乳液中乳化剂为异十三醇聚氧乙烯醚、脂肪醇聚氧乙烯醚、烷基酚聚氧乙烯醚、壬基酚聚氧乙烯醚、烷基胺氧化物以及硬脂酸聚氧乙烯酯中的一种。
5.根据权利要求1或2或3所述的一种聚合物基导电处理乳液,其特征在于,所述的聚合物基导电处理乳液中助乳化剂为聚乙二醇200、异丙醇、甘油、乙二醇单丁醚或者正丁醇中的一种。
6.根据权利要求1或2或3所述的一种聚合物基导电处理乳液,其特征在于,所述的聚合物基导电处理乳液中表面活性剂为直链烷基苯磺酸钠、月桂醇硫酸钠、木质素磺酸盐、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠或者硬脂酸甘油单酯中的一种。
7.如权利要求1~6任一所述的聚合物基导电处理乳液的使用方法,其特征在于,所述的使用方法包括以下步骤:
(a)基材清洁:将需要经过导电处理的基材使用乙醇清洗干净,去除基材表面的油渍;
(b)涂覆:将聚合物基导电处理乳液均匀涂覆于基材表面;
(c)固化:将涂覆有聚合物基导电处理乳液的基材置于烘箱中加热固化,得到表面导电基材。
8.据权利要求7所述的一种聚合物基导电处理乳液,其特征在于,所述的步骤(b)中聚合物基导电处理乳的涂覆厚度为0.8~3.5mm。
9.据权利要求7所述的一种聚合物基导电处理乳液,其特征在于,所述的步骤(c)中加热固化温度为85~100℃,固化时间20~60分钟。
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