CN109836609B - 复合结构材料、树脂组件、和生产树脂组件的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及复合结构材料、树脂组件、和生产树脂组件的方法。问题:需要用于生产具有透气性和吸音性的树脂组件的技术,所述技术具有较高的生产性和在树脂组件的形状设计方面较高的灵活性。解决方案:复合结构材料(20)包括由热固性树脂制成的泡沫(21)和由热塑性树脂制成的覆盖物(25)。所述泡沫(21)包括基质(22)和孔(23)。所述孔(23)中的至少一些彼此连通。所述泡沫(21)具有由所述基质(22)和所述孔(23)形成的连续多孔结构。所述覆盖物(25)覆盖所述泡沫(21)中的所述孔(23)的内壁。
Description
技术领域
本文中所述的技术涉及复合结构材料、树脂组件、和生产树脂组件的方法。
背景技术
用于用浸渍剂有效地且均匀地浸渍泡沫的方法包括:将网状板(mesh board)保持在浸渍剂中;将包括浸渍表面的泡沫的至少一部分(at least a section)设置在浸渍剂中;将泡沫压向网状板;并且释放泡沫以使泡沫返回至其原始状态,所述浸渍剂可以为基于预定的目的选择的热固性树脂剂或浸渍剂。根据所述方法,泡沫均匀地吸收浸渍剂。在日本专利申请公开No.H7-144333中公开了这样的方法的实例。
用于从热固性树脂并且以预定的形状制备例如聚氨酯泡沫等泡沫的技术包括注射发泡、切割和热压。注射发泡包括将聚氨酯材料注射至模具中并且使聚氨酯材料发泡。切割包括切割预先发泡成预定的形状的发泡聚氨酯板坯(slab)。热压包括压缩预先发泡的发泡聚氨酯板坯和在使发泡聚氨酯板坯保持压缩的同时使发泡聚氨酯板坯热固性成形。
在注射发泡中,会需要一段时间来使泡沫发泡和固化。此外,注射发泡会需要大型设备。在切割中,将泡沫切割成复杂的形状会是困难的。在热压中,硬质泡沫的制备会是困难的。此外,在软质泡沫的形状塑造中,要通过热压形成的形状受限制。更进一步,会需要一段时间来使泡沫的温度升高并且热压会需要大型设备。
发明内容
鉴于前述情况,作出了本文中所述的技术。目的在于提供用于生产具有透气性和吸音性的树脂组件的技术,所述技术具有较高的生产性和在树脂组件的形状设计方面较高的灵活性(flexibility)。
根据本文中所述的技术的复合结构材料包括由热固性树脂制成的泡沫和由热塑性树脂制成的覆盖物。所述泡沫包括基质和孔。所述孔中的至少一些彼此连通。所述泡沫具有由所述基质和所述孔形成的连续多孔结构。所述覆盖物覆盖所述泡沫中的所述孔的内壁。根据本文中所述的技术的树脂组件包括所述复合结构材料。
根据本文中所述的技术的生产树脂组件的方法包括:制备由热固性树脂制成并且包括基质和孔的泡沫,所述孔中的至少一些彼此连通,所述泡沫具有由所述基质和所述孔形成的连续多孔结构;用热塑性树脂覆盖所述孔的内壁从而形成复合结构材料;将所述复合结构材料加热至使所述热塑性树脂软化的温度或更高的温度;和将所述复合结构材料冷压成所述树脂组件的形状。
广泛地用于从热固性树脂制备泡沫的方法包括注射发泡、切割和热压。根据本文中所述的技术,复合结构材料通过冷压来塑造形状。使用热塑性树脂的特性并且不使用上述方法,可以以预定的形状制备根据本文中所述的技术的树脂组件。与从热固性树脂制备泡沫相比,根据本文中所述的技术的生产性和在树脂组件的形状设计方面的灵活性改善。在特定的条件下热成形和压制之后,包括由热固性树脂制成的泡沫的树脂组件更可能维持连续多孔结构。树脂组件具有透气性和吸音性。即,提供了用于形成具有透气性和吸音性的树脂组件的技术,所述技术具有更高的生产性和在树脂组件的形状设计方面更高的灵活性。
复合结构材料的恢复率为30%以下。恢复率由等式(1)表示:
恢复率(%)=(B-A/4)/(A-A/4)×100 (1)
其中A为复合结构材料在自然状态下的厚度,B为复合结构材料在如下处理之后的状态下的厚度:将复合结构材料加热至使热塑性树脂软化的温度或更高的温度、压缩直至厚度A变为四分之一、并且在使热塑性树脂固化之后释放。
恢复率为30%以下的复合结构材料可以适当地通过冷压来塑造形状。根据该构造,在树脂组件的形状设计方面的灵活性进一步改善。
泡沫包括软质聚氨酯泡沫。利用软质聚氨酯泡沫的柔软性和弹性,可以在维持连续多孔结构的同时将复合结构材料塑造形状成复杂形状的树脂组件。根据该构造,在树脂组件的形状设计方面的灵活性进一步改善。
根据本文中所述的技术的方法进一步包括:将热塑性树脂乳化和分散从而制备乳化分散液;将泡沫浸泡在乳化分散液中直至泡沫浸渍有乳化分散液;和将浸渍有乳化分散液的泡沫干燥。根据所述方法,在复合结构材料维持连续多孔结构的同时,用热塑性树脂适当地覆盖孔的内壁。可以制备具有较高的透气性和吸音性的树脂组件。此外,进一步改善生产性和在树脂组件的形状设计方面的灵活性。
根据本文中所述的技术,提供了用于生产具有透气性和吸音性的树脂组件的技术,所述技术具有较高的生产性和在树脂组件的形状设计方面较高的灵活性。
附图说明
图1为表明根据实施方案的复合结构材料的多孔结构的示意图。
图2为树脂组件的侧视图。
图3为表明复合结构材料形状塑造工序的图。
图4A至4D为表明复合结构材料形状塑造工序的步骤的图。
图5为包括实施例和比较例的显微照片的表。
具体实施方式
将参考图1至5描述实施方案。在该部分中,将描述制备树脂组件10的复合结构材料20。树脂组件10的应用包括车辆中的吸音体。
如图1中所示,复合结构材料20包括由热固性树脂制成的泡沫21和由热塑性树脂制成的覆盖物25。泡沫21包括基质(matrix)22和可以称为发泡孔(cell)的孔(pore)23。基质22具有包括限定孔23的部分的三维基质结构。孔23中的至少一些彼此连通从而形成连通孔。在本说明书中,将包括基质22和其中至少一些彼此连通的孔23的结构称为连续多孔结构。覆盖物25覆盖孔23的内壁。
复合结构材料20的恢复率为30%以下。恢复率由以下等式表示:
恢复率(%)=(B-A/4)/(A-A/4)×100,
其中A为复合结构材料20在自然状态下的厚度并且B为复合结构材料20在如下处理之后的状态下的厚度:加热至使热塑性树脂软化的温度或更高的温度、压缩至A的四分之一(A/4)、并且在使热塑性树脂固化之后释放。
复合结构材料20构成为以使在一般的冷压条件下,复合结构材料20在从压缩恢复之后的厚度B与复合结构材料20的厚度A的1/4之间的差值(B-A/4)为厚度A与厚度A的1/4之间的差值(A-A/4)的30%以下。例如,如果A为20mm,则B为9.5mm以下。
在本说明书中,将冷压称为如图4中所示的工序,即,不加热成形设备40中的成形模(forming die)41,并且在常温下用成形模41压制物体。可以将由以上等式表示的恢复率称为在冷压(75%压缩)中的恢复率。
泡沫21为热固性树脂泡沫如聚氨酯泡沫和三聚氰胺泡沫。对于泡沫21,聚氨酯泡沫是更优选的。软质聚氨酯泡沫在柔软性和恢复性的方面是进一步更优选的。可以通过刺激和成形包括多元醇、多异氰酸酯、成形剂和催化剂的成形材料来制备软质聚氨酯泡沫。通过借助普通的方法使成形材料成形和以预定的尺寸切割出成形板坯来制备泡沫21。
如图1中所示,覆盖物25为形成在孔23的内壁上的热塑性树脂层,从而维持泡沫21的连续多孔结构并且覆盖孔23的内壁的至少一部分。当维持连续多孔结构时,孔23未填充有热塑性树脂并且孔23保持彼此连通。覆盖物25为从水系乳化分散液形成从而覆盖孔23的内壁的薄膜。在图1中,为了说明的目的,覆盖物25由小的圆圈表示。
热塑性树脂可以包括如下的至少一种:合成胶乳类中的橡胶,如苯乙烯-丁二烯橡胶(SBR)、丙烯腈-丁二烯橡胶(NBR)、甲基丙烯酸甲酯-丁二烯橡胶(MBR);和合成树脂乳液类中的共聚物,如丙烯腈-苯乙烯共聚物(AS)、聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、和乙烯-乙酸乙烯酯共聚物(EVA)。鉴于用于形成覆盖物25的干式加热的温度、用于形成树脂组件10的加热的温度、和树脂组件10所需的上限温度,可以基于包括硬度、硬度、柔软性的性质以及包括玻璃化转变温度Tg和熔融温度Tm的热特性从以上实例中选择一种树脂或多种树脂。作为具有相对低的玻璃化转变温度Tg和柔软性的苯乙烯-丁二烯橡胶和具有相对高的玻璃化转变温度Tg和硬度的丙烯腈-苯乙烯共聚物的混合物的复合热塑性树脂可以是优选的。
基于热塑性树脂的粘合性和泡沫21的弹性来限定热塑性树脂的含量,以使复合结构材料20在冷压(75%压缩)中的恢复率为30%以下。由于热塑性树脂的含量更大,可以更容易地降低复合结构材料20的恢复率,即,树脂组件10在可成形性方面具有优势。复合结构材料20的表观密度或树脂组件10的质量随着热塑性树脂的含量增加而增加。通过从表观密度小于模塑泡沫体的发泡板坯制备树脂组件10,包括足够量的热塑性树脂从而获得30%以下的恢复率的树脂组件10具有比一般的从模塑泡沫体或无纺布制备的成形吸音体的重量小的重量。
从复合结构材料20制备树脂组件10。树脂组件10在至少一些部分包括连通孔。如图2中所示,树脂组件10包括具有相对高的空隙率的第一高空隙率部分11A和第二高空隙率部分12A以及具有相对较低的空隙率的第一低空隙率部分11B和第二低空隙率部分12B。第一高空隙率部分11A和第一低空隙率部分11B沿着树脂组件10的表面排列。第一高空隙率部分11A和第一低空隙率部分11B沿复合结构材料20的厚度方向(沿成形模41闭合的方向)的压缩比彼此不同。第二高空隙率部分12A和第二低空隙率部分12B为树脂组件10的弯曲部分的外角和内角。第二高空隙率部分12A和第二低空隙率部分12B沿复合结构材料20的厚度方向彼此分离。由于外角与内角之间的长度的差异而导致在第二高空隙率部分12A与第二低空隙率部分12B之间产生压缩比的差异。与第一低空隙率部分11B和第二低空隙率部分12B中的连通孔相比,在第一高空隙率部分11A和第二高空隙率部分12A中,更可能维持泡沫21中的连通孔。即,第一高空隙率部分11A和第二高空隙率部分12A有助于在透气性和吸音性方面的改善。与第一高空隙率部分11A和第二高空隙率部分12A相比,在第一低空隙率部分11B和第二低空隙率部分12B中,孔23的内壁更可能彼此粘附。利用第一低空隙率部分11B和第二低空隙率部分12B,树脂组件10维持其形状。
在车辆中,要将树脂组件10配置在车身面板与内饰组件之间。如图2中所示,使树脂组件10沿着车身面板和内饰组件的形状以预定的形状成形,从而适配在车身面板与内饰组件之间的空间。使所述空间填充有树脂组件10而没有任何间隙以使树脂组件10适当地吸收噪音。此外,因为树脂组件10以预定的形状成形,树脂组件10更不可能对其它组件施加应力。因此,组装工作更容易。
接下来,将描述生产树脂组件10的方法。生产树脂组件10的方法包括复合结构材料形成工序、加热工序和复合结构材料形状塑造工序。复合结构材料形成工序用于形成复合结构材料20。加热工序用于将复合结构材料20加热至使热塑性树脂软化的温度或更高的温度。复合结构材料形状塑造工序用于将复合结构材料20通过冷压来塑造形状从而获得树脂组件10。
在复合结构材料形成工序中,用热塑性树脂覆盖孔23的内壁(或孔23中的基质22的表面)。复合结构材料形成工序包括浸渍步骤、挤压步骤和干燥步骤。浸渍步骤包括用通过将热塑性树脂乳化和分散制备的乳化分散液37浸渍泡沫21。干燥步骤包括将浸渍有乳化分散液37的泡沫21干燥。乳化分散液37为通过将热塑性树脂在水中乳化和分散制备的水系乳化分散液。
如图3中所示,槽(tank)30、压缩辊(compression roller)31、挤压辊(squeezeroller)33和加热器35沿直线配置从而在复合结构材料形成工序中传送具有细长的形状(elongated shape)的泡沫21。槽30包括从槽30的底面突出的凸起(protrusion)30A。槽30将乳化分散液37容纳在其中。将压缩辊31的至少一部分配置在槽30中的乳化分散液37中从而与凸起30A相对并且将泡沫21夹持在凸起30A与压缩辊31之间。压缩辊31沿泡沫21的厚度方向朝向凸起30A压缩泡沫21。在压缩辊31与加热器35之间配置挤压辊33。挤压辊33彼此相对,具有小于泡沫21的厚度的间隙。加热器35包括具有更靠近挤压辊33的入口和在与入口相对侧上的出口的腔室。加热器35构成为加热通过所述腔室传送的泡沫21的顶面和底面。
在浸渍步骤中,随着压缩辊31旋转,用压缩辊31沿着沿泡沫21的长度方向的方向传送泡沫21。在槽30中的乳化分散液37中浸泡和压缩泡沫21。随着泡沫21返回至其原始状态,利用负压将乳化分散液37吸入至孔23中并且使泡沫21中的孔23填充有乳化分散液37。在由孔23构成的连通孔中,乳化分散液37从更靠近泡沫21的外表面的孔23流向在内侧的孔23,因此乳化分散液37渗透到泡沫21的较深的部分。
在挤压步骤中,在挤压辊33之间挤压泡沫21以从泡沫21除去额外量的乳化分散液37从而调整泡沫21中的乳化分散液37的量,以使泡沫21包含预定的量的热塑性树脂。在挤压步骤中,使乳化分散液37均匀地铺展在基质22的表面上。将包含预定的量的乳化分散液37的泡沫21传送至加热器35。
在干燥步骤中,在通过加热器35的腔室的同时,将包含预定的量的乳化分散液37的泡沫21在预定的温度下加热预定的时间。在泡沫21中,水分从乳化分散液37蒸发并且使热固性树脂干燥和固化。结果,形成了覆盖物25。通过复合结构材料形成工序,制备了包括泡沫21和覆盖物25的复合结构材料20。可以将通过复合结构材料形成工序制备的复合结构材料20切割成对于复合结构材料20的形状塑造合适的形状(例如,板形、块形)。
复合结构材料形状塑造工序包括加热步骤和冷压步骤。如图4A至4D中所示,成形设备40用于复合结构材料形状塑造工序。成形设备40包括加热器45和成形模41。如图4A中所示,在加热器45的腔室中将复合结构材料20加热至使热塑性树脂软化的温度或更高的温度。如图4B中所示,将经加热的复合结构材料20放置在成形模41之间。然后,如图4C中所示闭合成形模41。将复合结构材料20通过成形模41来压制并且沿着由成形模(forming die)41限定的腔(cavity)来塑造形状。成形模41保持闭合直至复合结构材料20冷却和固化。在泡沫21中,基质22的一些部分与热塑性树脂彼此接合从而使孔23闭合。如图4D中所示打开成形模41。通过复合结构材料形状塑造工序,制备了树脂组件10。
根据本实施方案中的生产树脂组件10的方法,利用热塑性树脂的特性通过冷压而不通过作为用于从热固性树脂形成泡沫21的一般的方法的注射发泡、切割或热压来制备具有预定的形状的树脂组件10。与从热固性树脂形成泡沫21相比,生产性或在树脂组件10的形状设计方面的灵活性改善。此外,因为泡沫21是由热固性树脂制成的,取决于压制的条件,树脂组件10可以在热成形之后维持连续多孔结构。利用连续多孔结构,树脂组件10具有透气性和吸音性。根据所述方法,制备了具有透气性和吸音性的树脂组件10,并且提供了用于改善生产性和在树脂组件10的形状设计方面的灵活性的技术。
将通过将冷压与其它传统的方法进行比较来描述利用热塑性树脂的特性生产树脂组件的方法。注射成形在形状设计方面具有更高的灵活性,但是花费较长的时间来使泡沫固化并且花费用于成形模和设施的较高的成本。与注射成形相比,冷压在树脂组件10的生产方面具有更高的生产性。通过切割,仅可以将硬质泡沫切片。与硬质泡沫相比,可以将软质泡沫切割成更复杂的形状;然而,通过切割可以使软质泡沫形成为相对简单且浅的形状。为了通过切割以较复杂的形状制备树脂组件,需要较多的切割次数。与切割相比,冷压提供在树脂组件10的形成方面在形状设计方面更高的灵活性和更高的生产性。如果施加热压,硬质泡沫中的基质的部分会塌陷或断裂。此外,由于软质泡沫的高的回弹力导致难以通过热压来深拉(deep-draw)软质泡沫的部分。更进一步,由于泡沫的隔热(thermalinsulating)性质,需要时间来使泡沫的温度升高,因此,用于加热泡沫的热压模头或设备可以引起生产成本的增加。与热压相比,冷压提供在树脂组件10的形成方面在形状设计方面更高的灵活性和更高的生产性。
与常规的吸音泡沫如模塑泡沫体和无纺布吸音部件相比,可以降低由复合结构材料20构成的树脂组件10的重量。作为通用产品的发泡板坯用于泡沫21,因此可以降低用于树脂组件10的零部件成本。
通过适当地设计用于覆盖物25的热塑性树脂的特性,除了泡沫21的特性以外,还可以将包括合适的硬度、阻燃性和另外的吸音性能的特性添加至树脂组件10。
在本实施方案中,将复合结构材料20在冷压(75%压缩)中的恢复率限定为30%以下。因此,树脂组件10的形状进一步更不可能受限制。
泡沫21为软质聚氨酯泡沫。利用软质聚氨酯泡沫的柔软性和弹性,树脂组件10可以适当地维持连续多孔结构并且具有复杂的形状。即,树脂组件10的形状进一步更不可能受限制。
在复合结构材料形成工序中,将泡沫21浸泡在乳化分散液37中并且将其中具有乳化分散液37的泡沫21干燥。通过所述工序,在维持连续多孔结构的同时,用热塑性树脂覆盖孔23的内壁。即,制备了具有改善的透气性和吸音性的树脂组件10并且提供了用于改善生产性和在树脂组件10的形状设计方面的灵活性的技术。
实施例
将描述实施例。本文中所述的技术不限于实施例。
1.试样的制备(复合结构部件形成工序的实例)
(1)实施例的制备
将具有连续多孔结构的软质聚氨酯泡沫浸泡在包括热塑性树脂的水系乳化分散液中并且使水系乳化分散液中的水分蒸发。通过该加工,制备包括表面覆盖有热塑性树脂的基质的软质聚氨酯泡沫,并且将其定义为实施例的试样。各软质聚氨酯泡沫的密度为28.9kg/m3、厚度为20mm、在25%压缩下硬度为135N(参见JIS(日本工业标准)K6400-2方法D)、并且压缩永久变形为2.5%(参见JIS K6400-4方法A)。水系乳化分散液包括具有相对低的玻璃化转变温度Tg的SBR和具有相对高的玻璃化转变温度Tg的AS。
(2)比较例的制备
制备具有与实施例中的软质聚氨酯泡沫相同的构成的软质聚氨酯泡沫作为比较例的试样。
2.树脂组件形成工序
将实施例的三个试样和比较例的三个试样用加热器预热至170℃,该温度高于使热塑性树脂软化的温度。然后,将各试样设置在成形设备中并且冷压直至使其厚度降低至5mm。在将试样冷却至预定的温度(例如,室温)之后,将试样从成形装置中移出。对所有试样进行加工并且获得实施例的三个试样和比较例的三个试样。
3.实施例和比较例的评价
(1)试样的观察
在复合结构材料形状塑造工序之前和之后将试样的片切出并且使用显微镜来观察。图5包括在形状塑造之前和之后(在复合结构材料形状塑造工序之前和之后)实施例和比较例的试样的显微照片。如图5中所示,在形状塑造之前,实施例的复合结构材料维持与比较例的复合结构材料的那些相似的连续多孔结构。在形状塑造之后,实施例的基质的部分彼此固定并且大量的孔闭合,然而,虽然基质的一些部分断裂,但是比较例的孔基本上返回至原始状态。
(2)恢复率的计算
分别地,测量实施例的试样和比较例的试样的厚度并且计算在冷压(75%压缩)之后的恢复率。实施例的试样的厚度分别为5.0mm、5.0mm和5.0mm。实施例的试样的计算的恢复率均为0.0%。比较例的试样的厚度分别为16.2mm、16.1mm和14.6mm。比较例的试样的计算的恢复率分别为74.7%、74.0%和63.7%。从结果可以得出结论,与比较例的树脂组件相比,实施例的树脂组件更容易沿着成形模的形状塑造形状并且树脂组件的可成形性改善。
其它实施方案
本文中所述的技术不限于以上说明书和附图中记载的实施方案。本文中所述的技术可以包括以下实施方案。
(1)本文中所述的技术可以应用至包括基质的树脂组件,所述基质的表面覆盖有粘附至表面的由热塑性树脂制成的细颗粒。
(2)本文中所述的技术可以应用至仅设置在受压制和变形的泡沫的部分(较低的空隙率部分)的覆盖物。
(3)本文中所述的技术可以应用至用于车辆中的座垫或用于建筑材料(例如,绝缘材料)的树脂组件。本文中所述的技术可以应用至在面向车辆的内部的树脂组件的表面上的包括由纺织材料、皮革材料、树脂膜材料、或其它类型的材料制成的表层的树脂组件,从而改善装饰性方面。本文中所述的技术可以应用至根据使用或安装位置来构成并且与实施方案的构成不同的树脂组件。
(4)本文中所述的技术可以应用至生产复合结构材料的方法,所述方法包括将由热塑性树脂制成的细颗粒通过振动引入至泡沫中。
(5)本文中所述的技术可以应用至如下树脂组件,所述树脂组件通过用不具有透气性的片材覆盖复合结构材料来制备并且在使热塑性树脂软化的同时通过真空成形与片材一起成形。
Claims (6)
1.一种复合结构材料,其包括:
泡沫,所述泡沫由热固性树脂制成并且包括基质和孔,所述孔中的至少一些彼此连通,所述泡沫具有由所述基质和所述孔形成的连续多孔结构;和
覆盖物,所述覆盖物由热塑性树脂制成并且覆盖所述泡沫中的所述孔的内壁;
其中所述热塑性树脂为苯乙烯-丁二烯橡胶和丙烯腈-苯乙烯共聚物的混合物。
2.根据权利要求1所述的复合结构材料,其中
所述复合结构材料的恢复率为30%以下,并且
所述恢复率由等式(1)表示:
恢复率(%)=(B-A/4)/(A-A/4)×100(1)
其中A为所述复合结构材料在自然状态下的厚度,B为所述复合结构材料在如下处理之后的状态下的厚度:将所述复合结构材料加热至使所述热塑性树脂软化的温度或更高的温度、压缩直至厚度A变为四分之一、并且在使所述热塑性树脂固化之后释放。
3.根据权利要求1或2所述的复合结构材料,其中所述泡沫包括软质聚氨酯泡沫。
4.一种树脂组件,其包括根据权利要求1至3任一项所述的复合结构材料。
5.一种生产树脂组件的方法,所述方法包括:
制备由热固性树脂制成并且包括基质和孔的泡沫,所述孔中的至少一些彼此连通,所述泡沫具有由所述基质和所述孔形成的连续多孔结构;
用热塑性树脂覆盖所述孔的内壁从而形成复合结构材料;
将所述复合结构材料加热至使所述热塑性树脂软化的温度或更高的温度;和
将所述复合结构材料冷压成所述树脂组件的形状;
其中所述热塑性树脂为苯乙烯-丁二烯橡胶和丙烯腈-苯乙烯共聚物的混合物。
6.根据权利要求5所述的方法,其进一步包括:
将所述热塑性树脂乳化和分散从而制备乳化分散液;
将所述泡沫浸泡在所述乳化分散液中直至所述泡沫浸渍有所述乳化分散液;和
将浸渍有所述乳化分散液的泡沫干燥。
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