CN112848544B - 一种纤维金属层合板及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种纤维金属层合板及其制备方法，其中，纤维金属层合板包括第一纤维布层和两层分别设于第一纤维布层两侧的金属网，第一纤维布层包括至少一层纤维布；还包括短切纤维，短切纤维能够附着于金属网的表面并在金属网的表面形成毛刺结构；金属网与第一纤维布层之间设有树脂胶层。该纤维金属层合板具有良好导电性的同时，能够保证各层贴合紧密，使得通过该纤维金属层合板制备的车体，能够避免由于导电性差而造成的浪涌过电压泄放时间长、能量聚集的问题，保证了车内人员和设备的安全性，且成本较低。

Description

一种纤维金属层合板及其制备方法
技术领域
本发明涉及纤维金属层合技术领域，具体涉及一种纤维金属层合板及其制备方法。
背景技术
碳纤维复合材料凭借高强度、低膨胀系数、热容量小、比重小等特性，已成为车体设计和制造的首选材料之一。但由于组成方式、成型工艺等客观因素的影响，其电性能要劣于传统金属车体，由此造成了车体浪涌过电压泄放时间长、能量聚集的问题。
针对该问题，目前常见的解决方法是在碳纤维车体外层加装金属网，该方法一定程度上能够解决浪涌过电压的泄放问题，但是外层金属网表面不平整且容易受到环境的腐蚀和氧化，需要其他工艺来对最外层结构做进一步的处理，而且单层金属网对材料的电性能提升有限，对于一些极端工况，例如高压断路、接触网断线、直击雷等，依然存在车体过电压对地电位高、泄放时间长的问题。
也有一种类似的方法是将金属网层复合到碳纤维材料内部，这一方法可以避免金属网外露，但是除了电性能提升有限外，金属网与碳纤维层的粘性也一般，容易发生层间分离、材料损坏的问题。另外一种办法是利用一定的加工工艺使导电填料与碳纤维基体结合，由填料的导电性来实现复合材料的导电功能，常见的填料包括碳纳米管、石墨、金属粉等。该方法工艺简单易于加工且成本低，应用范围也比较广泛，但是复合材料的电性能主要取决于导电填料的添加比例，而过量添加会对复合材料的力学性能产生影响，在保证力学性能的前提下，该方法对复合材料的电性能提升效果有限，难以满足动车车体对导电性能的要求。
目前还有一种方法是采用化学工艺对碳纤维复合材料表面进行金属化处理，利用还原剂还原溶液中的金属离子，在碳纤维复合材料表面形成金属镀层。该方法产生的金属镀层表面光滑平整，厚度均匀且易于控制，但成本较高，常用于形状复杂、尺寸要求高的场合，不适合在动车车体制造领域推广使用。
因此，如何提供一种纤维金属层合板，具有良好导电性的同时，能够保证各层贴合紧密，使得通过该纤维金属层合板制备的车体，能够避免由于导电性差而造成的浪涌过电压泄放时间长、能量聚集的问题，保证了车内人员和设备的安全性，且成本较低，是本领域技术人员所需要解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种纤维金属层合板及其制备方法，纤维金属层合板具有良好导电性的同时，能够保证各层贴合紧密，使得通过该纤维金属层合板制备的车体，能够避免由于导电性差而造成的浪涌过电压泄放时间长、能量聚集的问题，保证了车内人员和设备的安全性，且成本较低。
为解决上述技术问题，本发明提供一种纤维金属层合板，包括第一纤维布层和两层分别设于所述第一纤维布层两侧的金属网，所述第一纤维布层包括至少一层纤维布；还包括短切纤维，所述短切纤维能够附着于所述金属网的表面并在所述金属网的表面形成毛刺结构；所述金属网与所述第一纤维布层之间设有树脂胶层。
两层金属网的表面都附着有短切纤维，该短切纤维能够在金属网的表面形成毛刺结构，当金属网的表面通过树脂胶层与第一纤维布层之间粘接固定时，短切纤维能够穿过树脂胶层与第一纤维布层内的纤维丝接触，并通过树脂胶层固定，如此一来，能够增加金属网和第一纤维布层之间的粘接强度，保证二者之间的粘接稳定性，避免发生层合分离的情况，从而改善了该纤维金属层合板的力学性能。
第一纤维布层的设置能够保证该纤维金属层合板的结构强度，金属网的设置使得该纤维金属层合板具有导电性，并且，金属网的数量为两层，能够进一步确保该纤维金属层合板的导电性，当通过该纤维金属层合板制备动车车体时，能够保证该车体具有较好的屏蔽性能，避免由于纤维复合材料导电性能差导致车体浪涌过电压泄放时间长、能量聚集的问题，保证了车内人员和设备的安全性，同时短切纤维在金属网的表面所形成的毛刺结构能够穿过树脂胶层与第一纤维布层内的纤维丝接触，如此一来，能够增加金属网和第一纤维布层之间的粘接强度，保证二者之间的粘接稳定性，避免发生层合分离的情况，进一步改善该纤维金属层合板的力学性能。
可选地，两层所述金属网远离所述第一纤维布层的一侧分别设有第二纤维布层，所述金属网与所述第二纤维布层之间设有树脂胶层；所述第二纤维布层包括至少一层所述纤维布。
可选地，所述金属网为铜网；
和/或，所述短切纤维为碳纤维，所述纤维布为碳纤维布。
可选地，所述金属网的目数为100～200，厚度为0.08mm～0.2mm。
本发明还提供了一种纤维金属层合板的制备方法，其包括如下步骤：
S1：准备两层金属网，各所述金属网的表面通过短切纤维形成毛刺结构，同时制备树脂胶；
S2：在模具上喷涂脱模剂并放置隔离布，铺放一层表面形成有毛刺结构的金属网；
S3：在步骤S2铺设的所述金属网的表面涂抹所述树脂胶，铺放纤维布以形成第一纤维布层；
S4：在所述第一纤维布层的表面涂抹所述树脂胶，并铺放另一层表面形成有毛刺结构的金属网；
S5：合模后抽真空，将模具放入热压机内进行热压固化后，冷却至室温并脱模。
步骤S1中准备的两层表面形成有毛刺结构的金属网，分别在步骤S2和步骤S4中铺设，并且两层金属网分别位于第一纤维布层的两侧，其中，第一纤维布层的设置能够保证该纤维金属层合板的结构强度，两层金属网的设置使得该纤维金属层合板具有良好的导电性，当通过该纤维金属层合板制备动车车体时，能够保证该车体具有较好的屏蔽性能，避免由于纤维复合材料导电性能差导致车体浪涌过电压泄放时间长、能量聚集的问题，保证了车内人员和设备的安全性。同时，由于金属网的表面在由短切纤维形成毛刺结构后，通过树脂胶与第一纤维布层粘接固定，此时，短切纤维能够穿过树脂胶层与第一纤维布层内的纤维丝接触，如此一来，能够增加金属网和第一纤维布层之间的粘接强度，保证二者之间的粘接稳定性，避免发生层合分离的情况，进一步改善该纤维金属层合板的力学性能。
可选地，步骤S2具体包括：在模具上喷涂脱模剂并放置隔离布，铺放纤维布以形成第二纤维布层，然后在所述第二纤维布层的表面涂抹所述树脂胶，并铺放表面形成有毛刺结构的金属网；
并且，在步骤S4和步骤S5之间，还包括步骤S41：
在步骤S4中铺放的金属网的表面涂抹所述树脂胶，并铺放所述纤维布以形成第二纤维布层。
可选地，步骤S1中，准备两层金属网具体包括：将短切纤维粉敷在金属网表面，采用揉擦的方式使短切纤维短丝穿过金属网的网孔并在所述金属网的表面形成毛刺结构，然后清理掉金属网表面多余的短切纤维粉。
可选地，步骤S1中，在将短切纤维敷在所述金属网表面以形成毛刺结构之前，对所述金属网的表面进行擦拭，以除去油污。
可选地，步骤S5中，设置热压机的加热温度为120℃，升温速率为4℃，压力为10MPa，加热时间为2h。
可选地，步骤S1中，所述制备树脂胶包括：将环氧树脂体系、不饱和树脂体系和内脱模剂按所述预设质量百分比依次添加，并通过搅拌机搅拌第一预设时间后，增加增韧剂和活性稀释剂，并通过所述搅拌机搅拌第二预设时间，以获得所述树脂胶。
可选地，所述预设质量百分比为(8～12)：(4～6):1，所述第一预设时间为5min～10min，所述第二预设时间为5min～10min。
可选地，所述增韧剂包括聚乙二醇缩水甘油醚、端羧基液体丁腈橡胶和聚氨酯中的至少一种；所述活性稀释剂包括1,4-丁内酯、丁基缩水甘油醚和乙二醇二缩水甘油醚中的至少一种。
附图说明
图1是本发明实施例所提供的纤维金属层合板的结构示意图；
图2是纤维金属层合板的截面图；
图3是金属网与短切纤维的结构示意图；
图4是本发明实施例所提供的纤维金属层合板的制备方法的流程框图；
图5是纤维金属层合板的制备方法的详细流程框图。
附图1-5中，附图标记说明如下：
1-第一纤维布层；
2-金属网，21-网孔；
3-第二纤维布层；
4-短切纤维。
具体实施方式
为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
本发明实施例提供了一种纤维金属层合板以及纤维金属层合板的制备方法，其中，如图1和图2所示，纤维金属层合板包括第一纤维布层1和两层金属网2，其中，两层金属网2分别设于第一纤维布层1的两侧，第一纤维布层1包括至少一层纤维布，该纤维金属层合板还包括短切纤维4，短切纤维4附着于各层金属网2的表面并能够在金属网2的表面形成毛刺结构，金属网2和第一纤维布层1之间设有树脂胶层，也就是说，金属网2和第一纤维布层1之间通过树脂胶层固定。
详细的讲，两层金属网2的表面都附着有短切纤维4，如图3所示，该短切纤维4能够在金属网2的表面形成毛刺结构，当金属网2的表面通过树脂胶层与第一纤维布层1之间粘接固定时，短切纤维4能够穿过树脂胶层与第一纤维布层1内的纤维丝接触，并通过树脂胶层固定，如此一来，能够增加金属网2和第一纤维布层1之间的粘接强度，保证二者之间的粘接稳定性，避免发生层合分离的情况，从而改善了该纤维金属层合板的力学性能。
第一纤维布层1的设置能够保证该纤维金属层合板的结构强度，金属网2的设置使得该纤维金属层合板具有导电性，并且，本实施例中，金属网2的数量为两层，能够进一步确保该纤维金属层合板的导电性，当通过该纤维金属层合板制备动车车体时，能够保证该车体具有较好的屏蔽性能，避免由于纤维复合材料导电性能差导致车体浪涌过电压泄放时间长、能量聚集的问题，保证了车内人员和设备的安全性，同时短切纤维4在金属网2的表面所形成的毛刺结构能够穿过树脂胶层与第一纤维布层1内的纤维丝接触，如此一来，能够增加金属网2和第一纤维布层1之间的粘接强度，保证二者之间的粘接稳定性，避免发生层合分离的情况，进一步改善该纤维金属层合板的力学性能。
在上述实施例中，该纤维金属层合板还包括两层第二纤维布层3，这两层第二纤维布层3分别位于两层金属网2远离第一纤维布层1的一侧，也就是说，该纤维金属层合板包括由外至内层叠设置的第二纤维布层3、金属网2和第一纤维布层1，每一层金属网2都是夹设在第一纤维布层1和第二纤维布层3之间的，并且，每一层金属网2的两侧表面都设有短切纤维4形成的毛刺结构，保证了每一层金属网2和与其通过树脂胶层粘接的纤维布层(包括第一纤维布层1和第二纤维布层3)之间的结合强度，避免发生层合分离的情况。
另外，由于金属网2的外侧(远离第一纤维布层1)都设有第二纤维布层3包裹，如此一来，能够避免金属网2在环境中被腐蚀氧化，也保证了通过该纤维金属层合板制备车体等结构外表面的平整和美观。
具体的，本实施例中，对于第一纤维布层1和第二纤维布层3的碳纤维布的具体层数不做限制，如第一纤维布层1可根据该纤维金属层合板的具体厚度要求设置其纤维布的层数，第二纤维布层3可仅设置一层纤维布层，以从外层对金属网2进行包裹，以防止其发生腐蚀等情况即可。当然，也可以将第一纤维布层1、第二纤维布层3所具有的纤维布的层数设置为相同，也可以设置为不同甚至第二纤维布层3所具有的纤维布的层数大于第一纤维布层1所具有的纤维布的层数均可，并且，两层第二纤维布层3所具有的纤维布的层数可以相同也可以不同，在此不做具体限制。
在上述实施例中，金属网2为铜网，或者还可以将该金属网2设置为铝网、铝合金网等均可，而将金属网2选为铜网时，能够保证该金属网2的良好导电性。本实施例中，短切纤维4为碳纤维，纤维布为碳纤维布，当然，也可以将短切纤维4和纤维布均选用玻璃纤维，而由于碳纤维和碳纤维部中的碳纤维丝是导电的，金属网2表面的毛刺结构能够与碳纤维布中的碳纤维丝连接固定，能够进一步提升该纤维金属层合板的导电性，保证通过该纤维金属层合板制备车体时的屏蔽性能。
在上述实施例中，金属网2的目数为100～200，厚度为0.08mm～0.2mm，以保证金属网2能够在该纤维金属层合板中发挥良好导电性的同时，保证整体结构强度。
在上述实施例中，树脂胶层包括环氧树脂体系、不饱和树脂体系和内脱模剂，且环氧树脂体系、不饱和树脂体系和内脱模剂的质量百分比为(8～12)：(4～6):1，以保证粘接强度。其中，环氧树脂体系和不饱和树脂体系为相应树脂及其固化剂，不饱和树脂体系的作用是调节树脂黏度和利用固化热促进环氧组分固化。
进一步的，树脂胶层还包括增韧剂和活性稀释剂，增韧剂包括聚乙二醇缩水甘油醚、端羧基液体丁腈橡胶和聚氨酯中的至少一种，活性稀释剂为包括1,4-丁内酯、丁基缩水甘油醚和乙二醇二缩水甘油醚中的至少一种，取材灵活且可保证粘接强度。
如图4所示，本发明实施例所提供的纤维金属层合板的制备方法包括如下步骤：
S1：准备两层金属网2，各金属网2的表面通过短切纤维4形成毛刺结构，同时制备树脂胶；
S2：在模具上喷涂脱模剂并放置隔离布，铺放一层表面形成有毛刺结构的金属网2；
S3：在步骤S2铺设的金属网2的表面涂抹树脂胶，铺放纤维布以形成第一纤维布层1；
S4：在第一纤维布层1的表面涂抹树脂胶，并铺放另一层表面形成有毛刺结构的金属网2；
S5：合模后抽真空，将模具放入热压机内进行热压固化后，冷却至室温并脱模。
其中，脱模剂和隔离布的设置，便于后期的脱模操作，具体模具包括上模和下模，上模和下模均需要喷涂脱模剂并放置隔离布。并且，在步骤S3中铺放的第一纤维布层1，可以是将各层纤维布逐层铺放，也可以是预先将各层纤维布逐层铺放并形成预制体后，在步骤S3中，整体将预制体整体铺放均可，在此不做具体限制。
步骤S1中准备的两层表面形成有毛刺结构的金属网2(如图3所示)，分别在步骤S2和步骤S4中铺设，并且两层金属网2分别位于第一纤维布层1的两侧，其中，第一纤维布层1的设置能够保证该纤维金属层合板的结构强度，两层金属网2的设置使得该纤维金属层合板具有良好的导电性，当通过该纤维金属层合板制备动车车体时，能够保证该车体具有较好的屏蔽性能，避免由于纤维复合材料导电性能差导致车体浪涌过电压泄放时间长、能量聚集的问题，保证了车内人员和设备的安全性。同时，由于金属网2的表面在由短切纤维4形成毛刺结构后，通过树脂胶与第一纤维布层1粘接固定，此时，短切纤维4能够穿过树脂胶层与第一纤维布层1内的纤维丝接触，如此一来，能够增加金属网2和第一纤维布层1之间的粘接强度，保证二者之间的粘接稳定性，避免发生层合分离的情况，进一步改善该纤维金属层合板的力学性能。
在上述实施例中，如图5所示，上述步骤S2具体包括：在模具上喷涂脱模剂并放置隔离布，铺放纤维布以形成第二纤维布层3，然后在所述第二纤维布层3的表面涂抹所述树脂胶，并铺放表面形成有毛刺结构的金属网2；
并且，在步骤S4和步骤S5之间，还包括步骤S41：
在步骤S4中铺放的金属网2的表面涂抹树脂胶，并铺放纤维布以形成第二纤维布层3。
该纤维金属层合板还包括两层第二纤维布层3，这两层第二纤维布层3分别位于两层金属网2远离第一纤维布层1的一侧，也就是说，该纤维金属层合板包括由外至内层叠设置的第二纤维布层3、金属网2和第一纤维布层1，每一层金属网2都是夹设在一层第一纤维布层1和第二纤维布层3之间的，并且，每一层金属网2的两侧表面都设有短切纤维4形成的毛刺结构，保证了每一层金属网2和与其通过树脂胶层粘接的纤维布层(包括第一纤维布层1和第二纤维布层3)之间的结合强度，避免发生层合分离的情况。
另外，由于金属网2的外侧(远离第一纤维布层1的一侧)都设有第二纤维布层3包裹，如此一来，能够避免金属网2在环境中被腐蚀氧化，也保证了通过该纤维金属层合板制备车体等结构外表面的平整和美观。
具体的，本实施例中，对于第一纤维布层1和第二纤维布层3的碳纤维布的具体层数不做限制，如第一纤维布层1可根据该纤维金属层合板的具体厚度要求设置其纤维布的层数，第二纤维布层3可仅设置一层纤维布层，以从外层对金属网2进行包裹，以防止其发生腐蚀等情况即可。当然，也可以将第一纤维布层1、第二纤维布层3所具有的纤维布的层数设置为相同，也可以设置为不同甚至第二纤维布层3所具有的纤维布的层数大于第一纤维布层1所具有的纤维布的层数均可，并且，两层第二纤维布层3所具有的纤维布的层数可以相同也可以不同，在此不做具体限制。
在上述实施例中，步骤S1中，准备两层金属网2具体包括：将短切纤维粉敷在金属网2表面，采用揉擦的方式使短切纤维4短丝穿过金属网2的网孔21并在该金属网2的表面形成如图3所示的毛刺结构，然后清理掉金属网2表面多余的短切纤维粉备用。当然，对于短切纤维4如何在金属网2的表面形成毛刺结构，本实施例并不做限制，而采用揉擦的方式使短切纤维4的纤维丝在金属网2的表面形成毛刺结构时，能够简化操作工艺。
在上述实施例中，在准备金属网2时，将短切纤维4敷在金属网2的表面形成毛刺结构之前，先对金属网2表面进行擦拭，以去除金属网2表面的油污，保证金属网2表面清洁，并保证短切纤维4的纤维丝与金属网2的表面贴合。
在上述实施例中，在铺放每一层金属网2以及每一层纤维布之后，均通过滚轮对其表面进行辊压，以保证表面平整，避免发生褶皱。
在上述实施例中，在步骤S5中，设置热压机的加热温度为120℃，升温速率为4℃，压力为10MPa，加热时间为2h。
步骤S1中，制备树脂胶包括：将环氧树脂体系、不饱和树脂体系和内脱模剂按预设质量百分比依次添加，并通过搅拌机搅拌第一预设时间后，增加增韧剂和活性稀释剂，并通过搅拌机搅拌第二预设时间，以获得树脂胶。其中，环氧树脂体系和不饱和树脂体系为相应树脂及其固化剂，不饱和树脂的作用是调节树脂黏度和利用固化热促进环氧组分固化。具体的，上述预设质量百分比为(8～12)：(4～6):1(如10∶5∶1)，第一预设时间为5min～10min，第二预设时间为5min～10min，增韧剂为聚乙二醇缩水甘油醚、端羧基液体丁腈橡胶、聚氨酯中的任意一种或组合；活性稀释剂为1,4-丁内酯、丁基缩水甘油醚、乙二醇二缩水甘油醚中的任意一种或组合，以保证树脂胶的粘接强度。
以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (12)

1.一种纤维金属层合板，其特征在于，包括第一纤维布层（1）和两层分别设于所述第一纤维布层（1）两侧的金属网（2），所述第一纤维布层（1）包括至少一层纤维布；
还包括短切纤维（4），采用揉擦的方式使短切纤维（4）短丝穿过金属网（2）的网孔并在所述金属网（2）的表面形成毛刺结构；
所述金属网（2）与所述第一纤维布层（1）之间设有树脂胶层；
所述短切纤维能够穿过所述树脂胶层与所述第一纤维布层内的纤维丝接触，并通过所述树脂胶层固定。
2.根据权利要求1所述的纤维金属层合板，其特征在于，两层所述金属网（2）远离所述第一纤维布层（1）的一侧分别设有第二纤维布层（3），所述金属网（2）与所述第二纤维布层（3）之间设有树脂胶层；
所述第二纤维布层（3）包括至少一层所述纤维布。
3.根据权利要求1或2所述的纤维金属层合板，其特征在于，所述金属网（2）为铜网；
和/或，所述短切纤维（4）为碳纤维，所述纤维布为碳纤维布。
4.根据权利要求1或2所述的纤维金属层合板，其特征在于，所述金属网（2）的目数为100~200，厚度为0.08mm~0.2mm。
5.一种纤维金属层合板的制备方法，用于制备如权利要求1所述的纤维金属层合板，其特征在于，包括如下步骤：
S1：准备两层金属网，采用揉擦的方式使短切纤维短丝穿过金属网的网孔并在所述金属网的表面形成毛刺结构，同时制备树脂胶；
S2：在模具上喷涂脱模剂并放置隔离布，铺放一层表面形成有毛刺结构的金属网；
S3：在步骤S2铺设的所述金属网的表面涂抹所述树脂胶，铺放纤维布以形成第一纤维布层；
S4：在所述第一纤维布层的表面涂抹所述树脂胶，并铺放另一层表面形成有毛刺结构的金属网；
S5：合模后抽真空，将模具放入热压机内进行热压固化后，冷却至室温并脱模。
6.根据权利要求5所述的纤维金属层合板的制备方法，其特征在于，步骤S2具体包括：在模具上喷涂脱模剂并放置隔离布，铺放纤维布以形成第二纤维布层，然后在所述第二纤维布层的表面涂抹所述树脂胶，并铺放表面形成有毛刺结构的金属网；
并且，在步骤S4和步骤S5之间，还包括步骤S41：
在步骤S4中铺放的金属网的表面涂抹所述树脂胶，并铺放所述纤维布以形成第二纤维布层。
7.根据权利要求5或6所述的纤维金属层合板的制备方法，其特征在于，步骤S1中，准备两层金属网具体包括：将短切纤维粉敷在金属网表面，采用揉擦的方式使短切纤维短丝穿过金属网的网孔并在所述金属网的表面形成毛刺结构，然后清理掉金属网表面多余的短切纤维粉。
8.根据权利要求5或6所述的纤维金属层合板的制备方法，其特征在于，步骤S1中，在将短切纤维敷在所述金属网表面以形成毛刺结构之前，对所述金属网的表面进行擦拭，以除去油污。
9.根据权利要求5或6所述的纤维金属层合板的制备方法，其特征在于，在铺放所述金属网和所述纤维布之后，分别通过滚轮滚压。
10.根据权利要求5或6所述的纤维金属层合板的制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述制备树脂胶包括：将环氧树脂体系、不饱和树脂体系和内脱模剂按预设质量百分比依次添加，并通过搅拌机搅拌第一预设时间后，增加增韧剂和活性稀释剂，并通过所述搅拌机搅拌第二预设时间，以获得所述树脂胶。
11.根据权利要求10所述的纤维金属层合板的制备方法，其特征在于，所述预设质量百分比为（8~12）：（4~6）:1，所述第一预设时间为5min～10min，所述第二预设时间为5min～10min。
12.根据权利要求10所述的纤维金属层合板的制备方法，其特征在于，所述增韧剂包括聚乙二醇缩水甘油醚、端羧基液体丁腈橡胶和聚氨酯中的至少一种；所述活性稀释剂包括1,4-丁内酯、丁基缩水甘油醚和乙二醇二缩水甘油醚中的至少一种。
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