CN112226143B - 一种高电磁波反射无人汽车涂料组合物及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高电磁波反射无人汽车涂料组合物及其应用,其粘度为20‑25s,由环氧树脂、聚氨酯、多聚氮丙啶、羟甲基纤维素、COFs包覆碳纤维、对苯二甲胺和水组成,其中COFs包覆碳纤维由包括氨基化碳纤维、二醛单体、1,3,5‑三(4‑氨苯基)苯、TEMPO、正二异丙乙胺和CuI在内的原料制成。本发明引入COFs可以有效改善碳纤维与基体树脂的相容性;含有稳定自由基TEMPO的COFs包覆碳纤维可以提供自由电子,在电磁波辐射下产生感应场,进而能够有效反射电磁波。
Description
技术领域
本发明属于电磁屏蔽材料技术领域,具体涉及一种高电磁波反射无人汽车涂料组合物及其应用。
背景技术
电磁波雷达通过发射器发射电磁信号进行探测,用接收器接受反射信号进而分析探测对象的方位、大小和运行速度等信息,而为了数据的准确性,必须保证有足够的反射信号,因此发射信号强度一定的情况下提高被探测对象的电磁波反射效率则显得尤为重要。
随着无人驾驶汽车技术的不断研究发现,无人汽车在行驶过程中最重要的就是能够迅速准确地掌握周边环境尤其是正在行驶的其他汽车的运行状况,在保持雷达发射频率不变的情况下,通过借鉴雷达反射面天线的高反射特性开发出高反射性的汽车面漆,从而达到增强反射信号的目的。传统的雷达反射电磁屏蔽材料多基于金属材料制备而成,材料大多笨重、不耐腐蚀、不易加工,而金属镀层又有易脱落、价格昂贵等缺点。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术缺陷,提供一种高电磁波反射无人汽车涂料组合物。
本发明的另一目的在于提供上述高电磁波反射无人汽车涂料组合物的应用。
本发明的技术方案如下:
一种高电磁波反射无人汽车涂料组合物,其粘度为20-25s,由环氧树脂、聚氨酯、多聚氮丙啶、羟甲基纤维素、COFs包覆碳纤维、对苯二甲胺和水组成,其中COFs包覆碳纤维由包括氨基化碳纤维、二醛单体、1,3,5-三(4-氨苯基)苯、TEMPO、正二异丙乙胺和CuI在内的原料制成,该氨基化碳纤维的直径为45-55μm,拉伸强度大于2GPa。
在本发明的一个优选实施方案中,COFs包覆碳纤维中的共价有机框架的结构如下:
在本发明的一个优选实施方案中,所述氨基化碳纤维、二醛单体和1,3,5-三(4-氨苯基)苯的质量比为9-11∶35-60∶33-37,进一步优选为10∶36-56∶35。
在本发明的一个优选实施方案中,所述TEMPO、正二异丙乙胺和CuI的比例为0.05-0.07mM∶0.106-0.110mM∶5-7mg,进一步优选为0.06mM∶0.108mM∶6mg。
在本发明的一个优选实施方案中,所述二醛单体为2,5-双(2-丙炔-1-基氧基)-对苯二甲醛、2’,5’-双(2-丙炔-1-基氧基)-[1,1’:4’,1”-三联苯]-4,4”-二甲醛或2,2’-双(2-丙炔-1-基氧基)-[1,1’-联苯]-4,4’-二甲醛。
在本发明的一个优选实施方案中,所述环氧树脂为环氧树脂E-51。
在本发明的一个优选实施方案中,所述聚氨酯为AMS-2099。
在本发明的一个优选实施方案中,所述环氧树脂、聚氨酯、多聚氮丙啶、COFs包覆碳纤维和对苯二甲胺的质量比为30-40∶20-30∶3-4∶55-75∶15-20。
本发明的另一技术方案如下:
一种无人汽车电磁屏蔽涂层结构,依次由底漆层、反射层和面漆层组成,其中,该反射层由上述高电磁波反射无人汽车涂料组合物制成。
在本发明的一个优选实施方案中,所述底漆层的粘度为20-25s,由环氧树脂、间苯二甲胺、羟甲基纤维素和适量水制成。
进一步优选的,所述底漆层中,环氧树脂和间苯二甲胺的质量比为70-80∶15-20。
在本发明的一个优选实施方案中,所述面漆层的粘度为20-25s,由环氧树脂、氰酸酯树脂、羟甲基纤维素、间苯二甲胺和适量水制成。
进一步优选的,所述面漆层中,环氧树脂、氰酸酯树脂和间苯二甲胺的质量比为50-55∶20-30∶15-20。
本发明的有益效果是:
1、本发明引入COFs可以有效改善碳纤维与基体树脂的相容性。
2、本发明中含有稳定自由基TEMPO的COFs包覆碳纤维可以提供自由电子,在电磁波辐射下产生感应场,进而能够有效反射电磁波。
3、本发明中的氨基化碳纤维和所采用的有机高分子均为轻质材料,与传统的金属系电磁屏蔽涂料相比涂覆型更好且耐环境性好。
4、本发明中的无人汽车电磁屏蔽涂层结构适用于无人驾驶汽车,如汽车的车身外涂层,能够起到增强车载电磁波雷达信号的目的。
5、本发明的面漆层既能很好的起到透波作用又能保护反射层和美观的作用。
具体实施方式
以下通过具体实施方式对本发明的技术方案进行进一步的说明和描述。
实施例1
本实施例中的一种无人汽车电磁屏蔽涂层结构,依次由底漆层、反射层和面漆层组成,具体制备过程如下:
(一)底漆层
底漆层的制备:
依次将70份环氧树脂E-51、15份多胺固化剂间苯二甲胺溶于水相中,通过调节加入增稠剂羟甲基纤维素的量至粘度为20s,快速搅拌1h,得到分散均匀的胶料。在基底上喷涂该胶料,固化时,先在100℃下固化1h,然后施加0.5MPa的压力并升温至160℃保温2h,制得底漆层。
(二)反射层
COFs包覆碳纤维的制备:
以1.2mL二氧六环/三甲苯/DMF比例4∶1∶1为混合溶剂,加入10mg氨基化碳纤维(纯度95%以上,-NH2含量:0.45wt%,直径为45-55μm,拉伸强度大于2GPa,购自成都有机化学品有限公司,中国科学院)和2,5-双(2-丙炔-1-基氧基)-对苯二甲醛36mg,进行剪切搅拌过夜,得到均匀的悬浮液。再取圆柱形真空密封玻璃管(18cm长,φ=0.8cm,φOut=1.0cm)加入悬浮液并添加1,3,5-三(4-氨苯基)苯35mg,分别加入0.1mL的二氧六环/三甲苯(体积比为2∶1)和0.1mL的6mol/L乙酸溶液,再搅拌1h后,进行三次冻融循环,在150mTorr的压力下将管子密封起来,再在120℃下加热6天。反应后经抽滤获得固体产物并分别用DMF(3×6mL)和THF(3×6mL)洗涤,然后再在60℃下真空干燥24h获得粗产物。取TEMPO的甲苯溶液(1M,60μL)和粗产物约100mg于25mL的反应器内,加入THF/H2O为2∶1的混合溶剂10mL,再加入正二异丙乙胺(THF溶液,1M,108μL))和CuI(6mg),液氮冷却抽真空后在室温下搅拌6h,再经经抽滤获得固体产物并分别用乙腈(3×6mL)和THF(3×6mL)洗涤,然后再在室温下真空干燥24h得到COFs包覆碳纤维。
反射层的制备:
依次将30份环氧树脂E-51、20份聚氨酯AMS-2099、固化剂对苯二甲胺15份、交联剂多聚氮丙啶3份分散于水相中,通过调节加入增稠剂羟甲基纤维素的量至粘度为20s,搅拌0.5h之后得到乳液,再加入COFs包覆碳纤维60份,快速搅拌1h,得到分散均匀的胶料。在上述底漆层上喷涂上该胶料,固化时,先在100℃下固化1h,然后施加0.5MPa的压力并升温至160℃保温2h,制得反射层。
(三)面漆层
依次将50份环氧树脂E-51、氰酸酯树脂SSHD-80 20份、15份多胺固化剂间苯二甲胺溶于水相中,通过调节加入增稠剂羟甲基纤维素的量至粘度为20s,快速搅拌1h,得到分散均匀的胶料。在上述反射层上喷涂上该胶料,固化时,先在100℃下固化1h,然后施加0.5MPa的压力并升温至160℃保温2h,制得面漆层。
实施例2
本实施例中的一种无人汽车电磁屏蔽涂层结构,依次由底漆层、反射层和面漆层组成,具体制备过程如下:
(一)底漆层
底漆层的制备:
依次将75份环氧树脂E-51、20份多胺固化剂间苯二甲胺溶于水相中,通过调节加入增稠剂羟甲基纤维素的量至粘度为25s,快速搅拌1h,得到分散均匀的胶料。在基底上喷涂该胶料,固化时,先在100℃下固化1h,然后施加0.5MPa的压力并升温至160℃保温2h,制得底漆层。
(二)反射层
COFs包覆碳纤维制备:
以1.2mL二氧六环/三甲苯/DMF比例4∶1∶1为混合溶剂,加入10mg氨基化碳纤维(纯度95%以上,-NH2含量:0.45wt%,直径为45-55μm,拉伸强度大于2GPa,成都有机化学品有限公司,中国科学院)和2′,5′-双(2-丙炔-1-基氧基)-[1,1′:4′,1″-三联苯]-4,4″-二甲醛56mg,进行剪切搅拌过夜,得到均匀的悬浮液。再取圆柱形真空密封玻璃管(18cm长,φ=0.8cm,φOut=1.0cm)加入悬浮液并添加1,3,5-三(4-氨苯基)苯35mg,分别加入0.1mL的二氧六环/三甲苯(体积比为2∶1)和0.1mL的6mol/L乙酸溶液,再搅拌1h后,进行三次冻融循环,在150mTorr的压力下将管子密封起来,再在120℃下加热6天。反应后经抽滤获得固体产物并分别用DMF(3×6mL)和THF(3×6mL)洗涤,然后再在60℃下真空干燥24h获得粗产物。取TEMPO的甲苯溶液(1M,60μL)和粗产物约100mg于25mL的反应器内,加入THF/H2O为2∶1的混合溶剂10mL,再加入正二异丙乙胺(THF溶液,1M,108μL))和CuI(6mg),液氮冷却抽真空后在室温下搅拌6h,再经经抽滤获得固体产物并分别用乙腈(3×6mL)和THF(3×6mL)洗涤,然后再在室温下真空干燥24h得到COFs包覆碳纤维。
反射层的制备:
依次将35份环氧树脂E-51、20份聚氨酯AMS-2099、固化剂对苯二甲胺20份、交联剂多聚氮丙啶4份分散于水相中,通过调节加入增稠剂羟甲基纤维素的量至粘度为25s,搅拌0.5h之后得到乳液,再加入COFs包覆碳纤维65份,快速搅拌1h,得到分散均匀的胶料。在上述底漆层上喷涂上该胶料,固化时,先在100℃下固化1h,然后施加0.5MPa的压力并升温至160℃保温2h,制得反射层。
(三)面漆层
依次将55份环氧树脂E-51、25份氰酸酯树脂SSHD-80、20份多胺固化剂间苯二甲胺溶于水相中,通过调节加入增稠剂羟甲基纤维素的量至粘度为25s,快速搅拌1h,得到分散均匀的胶料。在上述反射层上喷涂上该胶料,固化时,先在100℃下固化1h,然后施加0.5MPa的压力并升温至160℃保温2h,制得面漆层。
实施例3
本实施例中的一种无人汽车电磁屏蔽涂层结构,依次由底漆层、反射层和面漆层组成,具体制备过程如下:
(一)底漆层
底漆层的制备:
依次将75份环氧树脂E-51、15份多胺固化剂间苯二甲胺溶于水相中,通过调节加入增稠剂羟甲基纤维素的量至粘度为20s,快速搅拌1h,得到分散均匀的胶料。在基底上喷涂该胶料,固化时,先在100℃下固化1h,然后施加0.5MPa的压力并升温至160℃保温2h,制得底漆层。
(二)反射层
COFs包覆碳纤维制备:
以1.2mL二氧六环/三甲苯/DMF比例4∶1∶1为混合溶剂,加入10mg氨基化碳纤维(纯度95%以上,-NH2含量:0.45wt%,直径为45-55μm,拉伸强度大于2GPa,成都有机化学品有限公司,中国科学院)和2,2′-双(2-丙炔-1-基氧基)-[1,1′-联苯]-4,4′-二甲醛45mg,进行剪切搅拌过夜,得到均匀的悬浮液。再取圆柱形真空密封玻璃管(18cm长,φ=0.8cm,φOut=1.0cm)加入悬浮液并添加1,3,5-三(4-氨苯基)苯35mg,分别加入0.1mL的二氧六环/三甲苯(体积比为2∶1)和0.1mL的6mol/L乙酸溶液,再搅拌1h后,进行三次冻融循环,在150mTorr的压力下将管子密封起来,再在120℃下加热6天。反应后经抽滤获得固体产物并分别用DMF(3×6mL)和THF(3×6mL)洗涤,然后再在60℃下真空干燥24h获得粗产物。取TEMPO的甲苯溶液(1M,60μL)和粗产物约100mg于25mL的反应器内,加入THF/H2O为2∶1的混合溶剂10mL,再加入正二异丙乙胺(THF溶液,1M,108μL))和CuI(6mg),液氮冷却抽真空后在室温下搅拌6h,再经经抽滤获得固体产物并分别用乙腈(3×6mL)和THF(3×6mL)洗涤,然后再在室温下真空干燥24h得到COFs包覆碳纤维。
反射层的制备:
依次将35份环氧树脂E-51、25份聚氨酯AMS-2099、固化剂对苯二甲胺20份、交联剂多聚氮丙啶4份分散于水相中,通过调节加入增稠剂羟甲基纤维素的量至粘度为20s,搅拌0.5h之后得到乳液,再加入COFs包覆碳纤维55份,快速搅拌1h,得到分散均匀的胶料。在上述底漆层上喷涂上该胶料,固化时,先在100℃下固化1h,然后施加0.5MPa的压力并升温至160℃保温2h,制得反射层。
(三)面漆层
依次将50份环氧树脂E-51、25份氰酸酯树脂SSHD-80、15份多胺固化剂间苯二甲胺溶于水相中,通过调节加入增稠剂羟甲基纤维素的量至粘度为20s,快速搅拌1h,得到分散均匀的胶料。在上述反射层上喷涂上该胶料,固化时,先在100℃下固化1h,然后施加0.5MPa的压力并升温至160℃保温2h,制得面漆层。
实施例4
本实施例中的一种无人汽车电磁屏蔽涂层结构,依次由底漆层、反射层和面漆层组成,具体制备过程如下:
(一)底漆层
底漆层的制备:
依次将80份环氧树脂E-51、20份多胺固化剂间苯二甲胺溶于水相中,通过调节加入增稠剂羟甲基纤维素的量至粘度为20s,快速搅拌1h,得到分散均匀的胶料。在基底上喷涂该胶料,固化时,先在100℃下固化1h,然后施加0.5MPa的压力并升温至160℃保温2h,制得底漆层。
(二)反射层
COFs包覆碳纤维制备:
以1.2mL二氧六环/三甲苯/DMF比例4∶1∶1为混合溶剂,加入10mg氨基化碳纤维(纯度95%以上,-NH2含量:0.45wt%,直径为45-55μm,拉伸强度大于2GPa,成都有机化学品有限公司,中国科学院)和2′,5′-双(2-丙炔-1-基氧基)-[1,1′:4′,1″-三联苯]-4,4″-二甲醛56mg,进行剪切搅拌过夜,得到均匀的悬浮液。再取圆柱形真空密封玻璃管(18cm长,φ=0.8cm,φOut=1.0cm)加入悬浮液并添加1,3,5-三(4-氨苯基)苯35mg,分别加入0.1mL的二氧六环/三甲苯(体积比为2∶1)和0.1mL的6mol/L乙酸溶液,再搅拌1h后,进行三次冻融循环,在150mTorr的压力下将管子密封起来,再在120℃下加热6天。反应后经抽滤获得固体产物并分别用DMF(3×6mL)和THF(3×6mL)洗涤,然后再在60℃下真空干燥24h获得粗产物。取TEMPO的甲苯溶液(1M,60μL)和粗产物约100mg于25mL的反应器内,加入THF/H2O为2∶1的混合溶剂10mL,再加入正二异丙乙胺(THF溶液,1M,108μL))和CuI(6mg),液氮冷却抽真空后在室温下搅拌6h,再经经抽滤获得固体产物并分别用乙腈(3×6mL)和THF(3×6mL)洗涤,然后再在室温下真空干燥24h得到COFs包覆碳纤维。
反射层的制备:
依次将40份环氧树脂E-51、25份聚氨酯AMS-2099、固化剂对苯二甲胺20份、交联剂多聚氮丙啶5份分散于水相中,通过调节加入增稠剂羟甲基纤维素的量至粘度为25s,搅拌0.5h之后得到乳液,再加入COFs包覆碳纤维70份,快速搅拌1h,得到分散均匀的胶料。在上述底漆层上喷涂上该胶料,固化时,先在100℃下固化1h,然后施加0.5MPa的压力并升温至160℃保温2h,制得反射层。
(三)面漆层
依次将55份环氧树脂E-51、25份氰酸酯树脂SSHD-80、20份多胺固化剂间苯二甲胺溶于水相中,通过调节加入增稠剂羟甲基纤维素的量至粘度为25s,快速搅拌1h,得到分散均匀的胶料。在上述反射层上喷涂上该胶料,固化时,先在100℃下固化1h,然后施加0.5MPa的压力并升温至160℃保温2h,制得面漆层。
实施例5
本实施例中的一种无人汽车电磁屏蔽涂层结构,依次由底漆层、反射层和面漆层组成,具体制备过程如下:
(一)底漆层
底漆层的制备:
依次将80份环氧树脂E-51、20份多胺固化剂间苯二甲胺溶于水相中,通过调节加入增稠剂羟甲基纤维素的量至粘度为25s,快速搅拌1h,得到分散均匀的胶料。在基底上喷涂该胶料,固化时,先在100℃下固化1h,然后施加0.5MPa的压力并升温至160℃保温2h,制得底漆层。
(二)反射层
COFs包覆碳纤维制备:
以1.2mL二氧六环/三甲苯/DMF比例4∶1∶1为混合溶剂,加入10mg氨基化碳纤维(纯度95%以上,-NH2含量:0.45wt%,直径为45-55μm,拉伸强度大于2GPa,成都有机化学品有限公司,中国科学院)和2,2′-双(2-丙炔-1-基氧基)-[1,1′-联苯]-4,4′-二甲醛45mg,进行剪切搅拌过夜,得到均匀的悬浮液。再取圆柱形真空密封玻璃管(18cm长,φ=0.8cm,φOut=1.0cm)加入悬浮液并添加1,3,5-三(4-氨苯基)苯35mg,分别加入0.1mL的二氧六环/三甲苯(体积比为2∶1)和0.1mL的6mol/L乙酸溶液,再搅拌1h后,进行三次冻融循环,在150mTorr的压力下将管子密封起来,再在120℃下加热6天。反应后经抽滤获得固体产物并分别用DMF(3×6mL)和THF(3×6mL)洗涤,然后再在60℃下真空干燥24h获得粗产物。取TEMPO的甲苯溶液(1M,60μL)和粗产物约100mg于25mL的反应器内,加入THF/H2O为2∶1的混合溶剂10mL,再加入正二异丙乙胺(THF溶液,1M,108μL))和CuI(6mg),液氮冷却抽真空后在室温下搅拌6h,再经经抽滤获得固体产物并分别用乙腈(3×6mL)和THF(3×6mL)洗涤,然后再在室温下真空干燥24h得到COFs包覆碳纤维。
反射层的制备:
依次将35份环氧树脂E-51、30份聚氨酯AMS-2099、固化剂对苯二甲胺20份、交联剂多聚氮丙啶4份分散于水相中,通过调节加入增稠剂羟甲基纤维素的量至粘度为25s,搅拌0.5h之后得到乳液,再加入COFs包覆碳纤维75份,快速搅拌1h,得到分散均匀的胶料。在上述底漆层上喷涂上该胶料,固化时,先在100℃下固化1h,然后施加0.5MPa的压力并升温至160℃保温2h,制得反射层。
(三)面漆层
依次将50份环氧树脂E-51、30份氰酸酯树脂SSHD-80、20份多胺固化剂间苯二甲胺溶于水相中,通过调节加入增稠剂羟甲基纤维素的量至粘度为25s,快速搅拌1h,得到分散均匀的胶料。在上述反射层上喷涂上该胶料,固化时,先在100℃下固化1h,然后施加0.5MPa的压力并升温至160℃保温2h,制得面漆层。
实施例6
对上述各实施例制得的无人汽车电磁屏蔽涂层结构进行测试,具体如下:
所有样品根据GB/T 25471-2010《电磁屏蔽涂料的屏蔽效能测量方法》进行测试,有效频率范围为30MHz到1.5GHz,输入阻抗50Ω,所得反射率以及电磁场屏蔽效果如下表1所示:
表1:涂层样品的电磁波反射率
实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 实施例4 | 实施例5 | 对比例1 | 对比例2 | |
反射率/dB | 69 | 75 | 65 | 71 | 67 | 52 | 72 |
注:60dB≤反射率<65dB,较好;65dB≤反射率<70dB,良;70dB≤反射率,优。
对比例1:CN108834391A公开了一种新型的电磁屏蔽膜及其制备方法。其制备方法相对于本发明相对比较复杂,而且材料具有较强的电磁波吸收性能,电磁波反射效果最好为52dB,不能达到很好的反射效果。
对比例2:CN 110951369 A公开了一种以石墨烯和铜粉为填料制备的新型复合型电磁屏涂料,其电磁波反射涂层的屏蔽效果最好为72dB,低于本发明实施例2的屏蔽效果。
以上所述,仅为本发明的较佳实施例而已,故不能依此限定本发明实施的范围,即依本发明专利范围及说明书内容所作的等效变化与修饰,皆应仍属本发明涵盖的范围内。
Claims (10)
1.一种高电磁波反射无人汽车涂料组合物,其特征在于:其粘度为20-25s,由环氧树脂、聚氨酯、多聚氮丙啶、羟甲基纤维素、COFs包覆碳纤维、对苯二甲胺和水组成,其中COFs包覆碳纤维由包括氨基化碳纤维、二醛单体、1,3,5-三(4-氨苯基)苯、TEMPO、正二异丙乙胺和CuI在内的原料制成,该氨基化碳纤维的直径为45-55μm,拉伸强度大于2GPa。
2.如权利要求1所述的一种高电磁波反射无人汽车涂料组合物,其特征在于:所述二醛单体为2,5-双(2-丙炔-1-基氧基)-对苯二甲醛、2’,5’-双(2-丙炔-1-基氧基)-[1,1’:4’,1’’-三联苯]-4,4’’-二甲醛或2,2’-双(2-丙炔-1-基氧基)-[1,1’-联苯]-4,4’-二甲醛。
3.如权利要求1所述的一种高电磁波反射无人汽车涂料组合物,其特征在于:所述环氧树脂为环氧树脂E-51。
4.如权利要求1所述的一种高电磁波反射无人汽车涂料组合物,其特征在于:所述聚氨酯为AMS-2099。
5. 如权利要求1至4中任一权利要求所述的一种高电磁波反射无人汽车涂料组合物,其特征在于:所述环氧树脂、聚氨酯、多聚氮丙啶、COFs包覆碳纤维和对苯二甲胺的质量比为30-40: 20-30: 3-4: 55-75: 15-20。
6.一种无人汽车电磁屏蔽涂层结构,其特征在于:依次由底漆层、反射层和面漆层组成,其中,该反射层由权利要求1至5中任一权利要求所述的高电磁波反射无人汽车涂料组合物制成。
7.如权利要求6所述的一种无人汽车电磁屏蔽涂层结构,其特征在于:所述底漆层的粘度为20-25s,由环氧树脂、间苯二甲胺、羟甲基纤维素和适量水制成。
8.如权利要求7所述的一种无人汽车电磁屏蔽涂层结构,其特征在于:所述底漆层中,环氧树脂和间苯二甲胺的质量比为70-80: 15-20。
9.如权利要求6所述的一种无人汽车电磁屏蔽涂层结构,其特征在于:所述面漆层的粘度为20-25s,由环氧树脂、SSHD-80、羟甲基纤维素、间苯二甲胺和适量水制成。
10.如权利要求9所述的一种无人汽车电磁屏蔽涂层结构,其特征在于:所述面漆层中,环氧树脂、SSHD-80和间苯二甲胺的质量比为50-55: 20-30: 15-20。
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