CN110385895B - 复合部件、特别是内饰部件、及其生产方法 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及复合部件，所述复合部件包括蜂巢芯、连接层、平面玻璃以及可选地另外的柔性层。所述蜂巢芯填充有硬化的聚合物，使得复合部件可以以一次工艺生产。

Description

复合部件、特别是内饰部件、及其生产方法
相关申请的交叉引用
本申请要求于2018年04月20日提交德国专利商标局的申请号为102018206120.3的德国专利申请的优先权，其全部内容通过引用结合在本申请中。
技术领域
本申请涉及一种复合部件，并涉及生产所述复合部件的合适方法。
背景技术
复合部件，特别是内饰部件(例如中控台、仪表盘、门饰板或前述部件的装饰表面)不仅用于车辆行业，也用于其他行业，例如家居行业中的装饰表面。各种材料和各种层状结构可以用于复合部件。在一些复合部件中，平面玻璃形成A侧，即用户能够触摸和/或能够看到的那侧。平面玻璃(亦或玻璃面)在此也应理解为例如意味着玻璃板形式的玻璃元件。通常，玻璃面安装在支承件上，支承件依次可具有层状结构。此处通常使用玻璃是因为玻璃特别的美学效果和触感。此类复合部件例如用于车辆内部，以便覆盖中控台或仪表板的部件。在大量前述复合部件中，该复合部件必须具有弯曲的能力。通常，将玻璃应用于成品支承件，然后在弯曲工具中与成品支承件共同弯曲。通常，特别是例如由铝制成的蜂巢芯是潜在的支承件。例如，美国专利2005003148提出了一种应用于铝蜂巢芯的具有A侧玻璃面的复合部件。因为铝芯具有高稳定性并因此能够支承玻璃，通常选择紧固至铝芯。然而，此类复合部件的后续弯曲几乎是不可能的或者非常复杂。
发明内容
本发明的目的在于实现对此类复合部件的改进。
依照根据实施方案的复合部件和生产相应复合部件的方法实现该目的。
该复合部件包括蜂巢芯(cell core)，所述蜂巢芯包括在第一表面和相对的第二表面之间延伸的多个巢室。特别地，巢室的壁从第一表面延伸至第二表面，使得由巢室限定的腔室在第一和第二表面之间延伸，并因此在蜂巢芯的第一表面和第二表面之间引起连续连接。平面玻璃设置在蜂巢芯的第二表面上。
所述蜂巢芯填充有硬化或固化的聚合物，例如树脂，特别是甲醛树脂或反应树脂(reaction resin)。反应树脂优选为环氧树脂，然而，也可使用其他树脂，例如甲基丙烯酸酯树脂。在一些实施方案中，前述树脂是优选的，因为它们比熔融的热塑性聚合物粘性低，并因此能够很好地填充蜂巢芯。蜂巢芯以硬化或固化的聚合物穿过多个巢室突出并将蜂巢芯结合至玻璃的第一侧的方式填充有该硬化或固化的聚合物。尽管到目前为止仅讨论了树脂，但是蜂巢芯还可填充有热塑性塑料。在填充蜂巢芯时，可填充所有巢室或仅一些巢室。另外，单个填充的巢室可完全填充或仅部分填充。填充蜂巢芯的聚合物产生与玻璃的连接并固定复合部件的形状，例如弯曲的形状。
玻璃和蜂巢芯之间的连接可以是直接的，其中，聚合物直接结合至玻璃。作为直接连接的可选方案，玻璃和蜂巢芯可以间接地彼此连接，其中，聚合物和玻璃之间存在层，例如胶粘层。在具有间接连接的实施方案中，复合部件可包括连接层，该连接层在一侧上结合至玻璃，并在另一侧上连接至填充有聚合物的蜂巢芯。连接层可以是膜，例如透明膜。连接层可以在一侧，例如玻璃的一侧，或两侧涂覆有粘合剂。
例如，平面玻璃(亦或玻璃面)在此典型地被理解为意味着玻璃板形式的玻璃元件。平面玻璃可以是，但不限于片玻璃、扁平玻璃或板玻璃。
平面玻璃可包括装饰层，该装饰层至少在一些区域中防止或限制穿过玻璃的视野。该装饰层可以是不透光的、半透明的、或彩色和透明的。装饰层可设置在玻璃的可视侧上，也就是说，设置在玻璃朝向远离蜂巢芯的一侧，或设置在玻璃的另一侧上。装饰层也可封闭在平面玻璃内。例如可以通过激光或通过喷砂将装饰层蚀刻到玻璃中。然而，装饰层也可包括漆或涂料。
可以在传递模塑工艺(transfer moulding process)(树脂传递模塑)的范围内将聚合物引入到蜂巢芯中。以这种方式，一方面可以依靠聚合物增强蜂巢芯，且另一方面可以就在将待聚合的聚合物或材料引入到蜂巢芯之前或该过程期间，弯曲由玻璃和蜂巢芯(以及可选的连接层)形成的复合物。如果弯曲该复合物并随后或在弯曲工艺期间用聚合物填充蜂巢芯，并且然后使聚合物硬化或固化，则可以在玻璃的成形或弯曲的同时产生蜂巢芯支承功能。以这种方式，可以在单个工艺步骤或单个工具中生产如本文所述的弯曲的复合部件。由于仅通过传递模塑来增强复合部件，因此缩短了生产时间，从而又降低了生产成本，并提高了工艺可靠性。因为聚合物或可聚合材料只有被弯曲后才会硬化或固化，所以聚合物将复合部件保持为弯曲形式。此处弯曲形式应理解为意味着在YZ平面内延伸并通过改变复合部件在X方向上的形式而弯曲的复合部件的形式。可以清楚的是，通常，例如像硬化或固化的聚合物，在没有外力的情况下无法保持弯曲形式。弯曲形式的弯曲半径可以是例如在50和1000mm之间，优选在200和400mm之间。
众多不同的蜂巢芯材料可用于此处提出的复合部件及生产该蜂巢芯材料的方法。例如，在一些实施方案中，提供了蜂巢芯包括含纤维素的和/或可回收的材料。例如，蜂巢芯可由纸或纸板组成。由于该巢室结构，蜂巢芯具有充足的稳定性以在弯曲由该蜂巢芯和玻璃形成复合物时不被压碎，并且此外，由于聚合物的硬化和固化，该弯曲形式被永久地固定。这一效果有助于可以将非金属或合成聚合物或可再生原料考虑成蜂巢芯的材料的事实。当然，然而，复合部件也可包括金属蜂巢芯。
除了纸和纸板外，蜂巢芯还可例如由具有蜂巢结构的塑料，例如热塑性塑料，而构造。其他纤维材料，例如由天然纤维形成的蜂巢芯也是可用的。例如，木材、亚麻、洋麻、剑麻、大麻或类似的纤维材料可用作天然纤维。与玻璃的厚度相比，巢室的壁更薄，并且由容易弯曲的材料制成，因此蜂巢芯可在垂直于蜂巢芯的横向范围的方向上弯曲。优选巢室的壁可渗透聚合物或待聚合的材料。
借助传递模塑工艺，甚至复合部件的复杂轮廓也可以在所述复合部件的生产期间弯曲和固定。例如，复合部件可用作中控台、车辆内部面板或门饰板上的内部或外部装饰。
可选地或另外地，蜂巢芯可包括巢壁中的一个或多个开口。该巢壁中的一个或多个开口可促进聚合物或待聚合的材料的分布。巢壁中的开口的尺寸取决于聚合物或待聚合的材料的粘度，例如可由比巢壁的一半面积小的面积构成，优选小于巢壁的四分之一面积。
可选地或另外地，连接层可包括第一和/或第二侧上的粘合剂，以便在将层压蜂巢芯放置在传递模塑和成形工具中之前，首先将蜂巢芯连接至该连接层。可选地，连接至连接层的第一表面和/或玻璃面也设置有粘合剂，例如透明的粘合剂。例如，在此处，丙烯酸酯或硅树脂是这里的潜在粘合剂。
作为上述实施方案的替代或补充，蜂巢芯可包括第一和第二表面之间的一个或多个贯通开口，其中，贯通开口具有多于一个巢室的面积(在第一或第二表面的平面中所考虑的)。换言之，蜂巢芯可具有大面积切口(cutouts)，使得成品复合部件至少在一些部分中具有平面玻璃在其后没有蜂巢芯的区域。例如，在机动车辆中，如果玻璃面后面的仪器应该是可见和/或可操作的，则可以是这种情况。特别是在车辆中使用复合部件时，在电子线结构设置在玻璃面中的意义而言，玻璃层也可以是触敏玻璃层。以这种方式，在适当的情况下，可以操作设置在其后的电子设备。例如，贯通开口的尺寸可由例如在1cm2和1000cm2之间的测量面积构成，特别是由在10cm2和500cm2之间的测量面积构成。更大和更小的面积也是可以的。如果要设置穿过玻璃面可视或显示的多个元件，则层压蜂巢芯可包括多个这种贯通开口。在元件透过显示的情况下，例如可以使用半透明的连接层和/或深色或彩色玻璃。
在另一实施方案中，可在蜂巢芯的第一表面上设置另外的层，作为先前实施方案的替代或补充。该另外的层例如是柔性层，在一些实施方案中该柔性层具有高的杨氏弹性模量。此处，柔性层在此应理解为意味着可与复合部件的其他组件在冲压工具或成形工具或集成的冲压和成形工具中一起弯曲的层。例如，该另外的层可以是纺织物，特别是碳织物，即由碳纤维形成的织物。该另外的层优选可渗透光和液体，例如填充蜂巢芯的可聚合材料。如果该另外的层的可视侧上的所有层都是透明的，则建立了从玻璃的A侧穿过巢室到另外的层的观察通道，使得碳织物穿过玻璃为可视的。如果所述层不是透明的，但是可以透光，例如通过柔性层可以产生额外的光学效应。此外，该另外的层适用于固体支承件，例如中控台或仪表盘。该另外的层特别是聚合物或可聚合材料能够穿过该层在传递模塑工艺的范围内渗透的层。因此，例如使用机织织物、经编织物或纬编织物是有利的，聚合物可以以其液体状态穿透这些织物的孔。在一些示例性实施方案中，机织织物、经编织物或纬编织物中的孔小于在第一表面的平面中考虑的蜂巢芯的巢室面积。
就本申请的意义而言，材料玻璃可理解为一方面意味着真正的玻璃，另一方面意味着可用手弯曲的塑料玻璃。除了其他用处外，铝硅酸盐玻璃由于其弹性优选在车辆中使用。
在又一实施方案中，玻璃在一侧包括玻璃层，并在另一层包括设置在连接层和玻璃层之间的装饰层，该装饰层直接连接至连接层。以这样的方式，也可以提供复合部件的光学效应。在一些实施方案中，所使用的玻璃例如为铝硅酸盐玻璃。然而，能够在填充蜂巢芯期间成形的其他合适的玻璃也可用于该复合部件。
如开头已经提到的，这里描述的复合部件可用在车辆中，特别是用在车辆的内部中。当生产这种复合部件时，蜂巢芯的第一表面连接至另外的层以形成层压蜂巢芯。可选地，蜂巢芯的第二表面由连接层覆盖，特别是由粘合剂层覆盖。然后将层压蜂巢芯与平面玻璃一起放置在传递模塑和成形工具中，并按照复合部件的最终用户的要求，将层压蜂巢芯和平面玻璃一起弯曲。同时，在传递模塑工艺的范围内，液体材料被引入到蜂巢芯中，然后固化或硬化，使得一旦打开工具，工具中预定的形式也由复合部件保留。
在将层压蜂巢芯和平面玻璃一起放置在传递模塑和成形工具中之前，一个或多个贯通开口可形成在与另外的层以及可选地与连接层层压的蜂巢芯中。该一个或多个贯通开口包括蜂巢芯的多个巢室的区域，使得从复合部件的可视侧考虑时，开口大于巢室。尽管到目前为止仅描述了蜂巢芯、连接层和平面玻璃的巢室复合物，但是在另外的实施方案中，蜂巢芯可直接与平面玻璃接触，并借助硬化的聚合物结合至该平面玻璃。这里，将蜂巢芯施加到玻璃，然后将聚合物直接施加到玻璃。
例如，冲压和成形工具可设计成使得其包括额外的突出部或区域，以覆盖层压蜂巢芯中的贯通开口，使得液体状态的聚合物不与可直接穿过贯通开口的玻璃区域接触。
垂直于平面形式的玻璃层的厚度可例如处于0.3和1.5mm之间，优选处于0.5和1.0mm之间。蜂巢芯优选地比玻璃层厚，并例如蜂巢芯可具有垂直于平面形式的3至25mm的厚度，优选该厚度处于5mm和15mm之间。垂直于平面形式的另外的层的厚度可例如处于0.2和2.0mm之间。垂直于平面形式的连接层的厚度可例如处于0.1和0.3mm之间。复合部件可具有从4mm至30mm的总厚度，例如处于5mm和15mm之间的厚度。
附图说明
下文中，将参照多个示例性实施方案更为详细地解释本发明。附图中：
图1以横截面示出了复合部件的示例性实施方案；
图2示出了具有菱形巢室的蜂巢芯的示例性实施方案；
图3A示出了具有蜂窝状巢室的蜂巢芯纵向截面的示例性实施方案；
图3B示出了具有贯通开口的层压蜂巢芯的平面视图；
图4基于流程图示出了方法的示例性实施方案；以及
图5示出了复合部件的另一示例性实施方案。
具体实施方式
将参照附图给出各种复合部件，特别是内饰部件，例如用于中控台、门饰板或仪表盘的表面。
图1以横截面示出了复合部件10，其具有蜂巢芯12、连接层14和平面玻璃层16。除粘合功能外，连接层14还可具有装饰功能。例如，连接层可以是彩色的和/或可具有图案。蜂巢芯12具有多个巢室18，巢室18在X方向上在第一表面20和第二表面22之间延伸。在X方向上敞开或至少可渗透液体材料的巢室18通过分隔壁24和24’彼此分开。巢室可具有正方形、矩形、菱形或优选蜂窝状形式(在Y-Z平面的平面图中所考虑的)。在本示例性实施方案中，蜂巢芯12是由纸板构成的蜂巢芯。这意味着壁24由纸板构成或可选地壁24包括纸板-纤维混合物，并将巢室彼此界定。蜂巢芯12在X方向上的厚度为2mm。连接层14设置在蜂巢芯12的第一表面上。
连接层14例如为塑料膜。尽管塑料膜可由透明材料制成，但优选非透明膜。塑料膜可以是透光的以实现特殊的光学效应。然而，通常，塑料膜是不透光的且具有颜色，例如彩色图案。连接层可在其第一侧26上连接至第一表面20。连接层14可在第一侧26包括粘合剂，例如丙烯酸酯，该粘合剂产生与第一表面20，即，特别是巢室17的壁24，的牢固结合的连接。下文中，由蜂巢芯12和连接层14形成的复合物指的是层压蜂巢芯。平面玻璃层16设置在连接层14的第二侧28上。粘合剂优选设置在平面玻璃层16和连接层14之间。在另一实施方案中，连接层为粘合剂层。在本实施方案中，装饰层可另外地设置在玻璃中。
玻璃层16是预应力的玻璃(pretensioned glass)，其借助设置在第一侧28上的粘合剂层连接至层压蜂巢芯。设置有玻璃层16的层压蜂巢芯可在冲压和/或成形工具中预应力化或弯曲，使得玻璃面具有曲率或轮廓。为了将在成形工具中预定的形式永久地压印到复合部件上，将液体聚合物，特别是液态树脂，引入到工具中，使得树脂流动到巢室18中并在蜂巢芯12和连接层14或玻璃之间产生牢固结合的连接(另外地与第一侧26上的粘合剂层的牢固结合的连接)。在树脂硬化或固化之后，将包括玻璃的复合部件的弯曲形式固定。然后，硬化的树脂30至少部分地封闭巢室。由于引入的硬化的树脂30，可以在一次工艺(one-shot process)的范围内在冲压和模塑工具中生产复合部件10(具有或不具有弯曲或波状轮廓的部分)。
图2以斜视图示出了蜂巢芯。蜂巢芯40具有多个菱形巢室42，巢室42在第一表面44和第二表面46之间延伸。分隔壁48以形成菱形的方式相对于彼此延伸。除巢室42的上开口50和巢室42的下开口(未示出)外，另外的开口52可形成在蜂巢芯中的壁48中。另外的开口50促进液态树脂的分布。另外的开口52具有比巢室42中的开口50的面积大小更小的面积大小。尽管在所示的示例性实施方案中，巢室42全部为菱形的，但在单个蜂巢芯中也可设置不同的巢室形式。此处显示的蜂巢芯由纸板、纸或合成材料制成。
如图1所示，聚合物54填充巢室，并以其硬化状态增强复合部件。由于复合部件的波状轮廓的形式也通过聚合物的硬化固定，因此能够以特别简单的如已经提到的方式在单个生产步骤中生产弯曲或表面波状轮廓的复合部件。
参照图3a和3b，示出了蜂巢芯或层压蜂巢芯的其他示例性实施方案。图3a在Y-Z平面的平面图中示出了可选的蜂巢芯60。蜂巢芯60包括多个蜂窝状的巢室62。典型地，巢室在平行于玻璃的方向上具有2mm和20mm之间的平均横截面尺寸，例如，5mm的平均横截面尺寸。另外，蜂巢芯60具有贯通开口64，就其面积而言比一个以上巢室的面积大。在成品复合部件中，连续的贯通开口64可具有设置在复合部件的B侧上的电子显示器，使得例如所述显示器在玻璃层16的后面可视。贯通开口的尺寸可以改变。而在图3a的本实施例中，已经选择了相对较小的贯通开口64，其具有仅7个巢室的面积，也可以以具有大于5、10或20cm的面积大小的方式选择贯通开口，使得例如可将电子显示器设置成在贯通开口后面可视。
图3b中示出了层压蜂巢芯，在图3b中，示出了具有贯通开口72和74的层压蜂巢芯70。层压蜂巢芯70例如可用于在仪表盘的方向上覆盖从中控台突出的控制面板。此处在YZ平面内所示的尺寸在Z方向上约为60cm，在Y方向上为20至30cm。在贯通开口72的情况下，贯通开口在Y方向上具有约为20cm的尺寸，在Z方向上具有约5cm的尺寸，且在贯通开口74的情况下，贯通开口具有10×10cm的尺寸。在成品复合部件中，贯通开口后来仅具有设置在其上方的平面玻璃层。
将参照图4更为详细地解释这种复合部件的生产工艺。在方法100的范围内待生产的复合部件首先具有层压蜂巢芯，其中，层压蜂巢芯102具有蜂巢芯104、连接层106和柔性层108，柔性层108设置在第二表面上，即蜂巢芯的B侧上。例如，蜂巢芯104可以是具有由含纤维素材料形成的蜂窝状巢室的蜂巢芯。连接层106为粘合剂膜。另外的柔性层108为由碳纤维编织的碳织物。这三个部件106、104和108以所示顺序或以另一种顺序彼此连接，例如，借助粘合剂，使得蜂巢芯104设置在连接层106和柔性层108之间。以这种方式，形成以横截面所示的层压蜂巢芯102，且层压也可在平面图110中看到蜂巢芯102。可以清楚地看到，如果连接层是透视的，则连接层和蜂巢芯可以自由看到设置在B侧上的复合织物。以这种方式，从成品复合部件中的A侧可以看到这里呈现的碳的美学。
在随后的方法步骤111中，层压蜂巢芯102设置有贯通开口，以便提供设置有贯通开口的层压蜂巢芯112。在蜂巢芯112的平面图114中也示出了设置有贯通开口的并以横截面示出的蜂巢芯112。在平面图114中，贯通开口116和118清晰可见。
除层压蜂巢芯112外，还提供了待设置在层压蜂巢芯112上的玻璃层120。其具有与设置有贯通开口的层压蜂巢芯112相当的外部尺寸。玻璃层120是由铝硅酸盐玻璃形成的玻璃层。玻璃层120在其B侧上设置有彩色的着色122，该彩色的着色122在对应于贯通开口的自由区域124和126的外部，使玻璃具有颜色，以使其变暗或给予其所需的颜色。
一旦提供了设置有贯通开口的层压蜂巢芯112以及玻璃层120，则将这些在另外的方法步骤130或132中被引入到冲压和成形工具140中。冲压和成形工具例如包括第一成形半部142和第二成形半部144，其中第一成形半部142包括具有突出部148和150的成形面146。突出部148和150形成为使得它们接合在贯通开口116和118中，并因此防止液体聚合物在贯通开口的区域中与玻璃直接接触。第二成形半部144具有接收设备152，玻璃表面120可设置在接收设备152上。
层压蜂巢芯112设置在玻璃面120上。然后关闭冲压和成形工具。这样做，层压蜂巢芯112和玻璃面120在由工具限定的轮廓中预先冷弯曲。一旦工具关闭，液体树脂就从B侧从树脂贮存器154中释放出来，并通过管线156流到工具内部，并通过另外的层填充层压蜂巢芯的基本上所有的巢室，使得在蜂巢芯和连接层之间产生牢固结合的连接。由于随后的硬化，复合部件被固定在由成形工具限定的轮廓中。这里可例如通过加热来进行硬化，使得树脂被加热到高于反应或交联温度。可选地，可借助在一定反应时间之后硬化的反应树脂进行硬化。然后，将在A侧162上具有轮廓的成品复合部件160从工具中移除。然后可将该复合部件160直接安装在中控台上。
现将参照图5简要地讨论与复合附件160相当的复合部件170的层状结构。复合部件170具有B侧另外的柔性层172，柔性层172例如可由碳织物、碳纬编织物或碳经编织物构成。该织物具有机器孔，这些孔允许液体树脂渗透蜂巢芯174。连接层178设置在蜂巢芯的第二表面176上，且玻璃层180依次设置在所述连接层上。尽管在所有的本示例性实施方案中均设置了连接层178，但是在一些示例性实施方案中，玻璃层180可选地设置有粘合剂，且蜂巢芯176可与玻璃层直接连接。然后，初始硬化的聚合物的液体导致蜂巢芯176和玻璃层180之间的牢固结合的连接。
其他示例性实施方案对于本领域的技术人员而言是显而易见的，且不通过本申请中呈现的示例性实施方案穷举地描述。

Claims (12)

1.一种复合部件(10、160和170)，所述复合部件包括：
蜂巢芯(12、40、60、104和174)，所述蜂巢芯包括在第一表面与相对的第二表面之间延伸的多个巢室(18和42)；
平面玻璃(16、120和180)，所述平面玻璃具有面向所述第二表面的第一侧、和相对的第二侧；
其中，
所述蜂巢芯填充有硬化或固化的聚合物(30和54)，使得所述聚合物穿过所述多个巢室突出并将所述蜂巢芯间接或直接地结合至所述平面玻璃的所述第一侧；
其中，另外层(108和172)设置在所述蜂巢芯的所述第一表面上并结合至所述聚合物，所述另外层(108和172)对在硬化或固化前的、处于液体状态的所述聚合物是可渗透的；
其中，所述复合部件具有部(162)，所述平面玻璃在所述部中被弯曲并被所述固化或硬化的聚合物保持为弯曲形式。
2.根据权利要求1所述的复合部件，所述复合部件是用于车辆的内饰部件。
3.根据权利要求1所述的复合部件，所述复合部件还包括连接层(14、106和178)，所述连接层设置在所述蜂巢芯与所述平面玻璃之间，并且所述连接层结合至所述平面玻璃的所述第一侧。
4.根据权利要求1所述的复合部件，其中，所述平面玻璃包括装饰层。
5.根据权利要求3所述的复合部件，其中，所述连接层包括所述第一和/或第二侧(26和28)上的粘合剂。
6.根据权利要求1到5中任一项所述的复合部件，其中，所述蜂巢芯在所述第一表面与所述第二表面之间具有一个或多个贯通开口(64、72、74、116和118)，其中，所述贯通开口具有多于一个巢室的面积。
7.根据权利要求1所述的复合部件，其中，所述另外层(108和172)是柔性层。
8.根据权利要求1或7所述的复合部件，其中，所述另外层包括具有高弹性模量的纤维。
9.根据权利要求8所述的复合部件，其中，所述另外层包括碳纤维。
10.根据权利要求1到5中任一项所述的复合部件，其中，所述聚合物为树脂。
11.根据权利要求10所述的复合部件，其中，所述聚合物为反应树脂。
12.一种生产根据权利要求1所述的复合部件的方法，其中，所述方法包括以下步骤：
-将蜂巢芯(102和112)的第一表面连接至另外层(108和172)、以形成层压蜂巢芯；
-将所述层压蜂巢芯和平面玻璃(120)设置在传递模塑工具中；
-弯曲所述层压蜂巢芯和所述平面玻璃(120)并用聚合物填充所述蜂巢芯(102和112)。
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