CN113103461A - 用于纤维湿法缠绕工艺的纤维无损浸胶装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了用于纤维湿法缠绕工艺的纤维无损浸胶装置，包括：浸胶盒，浸胶盒中设有至少一条竖向的浸胶通道，每条浸胶通道的上端与一根进胶管连通，每条浸胶通道的下端与一根出胶管连通，每条浸胶通道所在的浸胶盒前后侧壁上分别设有对应的通孔，浸胶盒前侧壁上的通孔为纤维束出口，浸胶盒后侧壁上的通孔为纤维束进口，使得待浸胶的纤维束能横向贯穿对应的浸胶通道；纤维浸胶过程中与浸胶盒无接触且通过纤维束出口最窄处的孔径来控制纤维束上粘附的树脂胶液的厚度；并且，横向贯穿浸胶通道的纤维束能与浸胶通道中由上往下流动的树脂胶液相交汇，使纤维束上能粘附有树脂胶液而实现无损浸胶，掉落到浸胶通道底部的树脂胶液能从对应的出胶管流出。
Description
技术领域
本发明涉及用纤维湿法缠绕工艺生产储氢气瓶的生产设备，尤其涉及纤维浸胶工序用的浸胶装置。
背景技术
目前，氢燃料电池汽车上的车载储氢气瓶主要采用铝内胆纤维缠绕气瓶或塑料内胆纤维缠绕气瓶，这两种储氢气瓶的结构相同，即在铝内胆或塑料内胆上由内向外依次设置有纤维增强层和纤维保护层，将浸渍有树脂胶液的碳纤维采用纤维湿法缠绕工艺缠绕在铝内胆或塑料内胆上就能最终形成纤维增强层，将浸渍有树脂胶液的玻璃纤维采用纤维湿法缠绕工艺缠绕在纤维增强层上就能最终形成纤维保护层。可见，将树脂胶液浸渍粘附到纤维上的纤维浸胶工序是纤维湿法缠绕工艺的重要前置工序步骤。目前，用于纤维浸胶工序的装置包括：沿着纤维的前进方向依次设置的装有树脂胶液的敞口胶槽、挤胶辊和刮胶刀。工作时，在牵引装置的牵引下将张紧的纤维束先输入敞口胶槽内浸渍树脂胶液，然后再使纤维束通过挤胶辊从而对纤维束进行挤压，使纤维束上的胶液尽可能分布均匀，接着用刮胶刀将纤维束上多余的胶液刮除。在实际生产中，用以浸胶的纤维束大多采用横截面呈矩形的扁平形状的纤维束，通常该矩形的宽度范围为1-2mm、长度范围为5-8mm；也有采用横截面呈圆形的圆柱形状的纤维束，通常该圆形的直径范围在3-5mm。上述纤维浸胶装置存在以下缺陷：一、挤胶辊和刮胶刀极易造成纤维束中大量的纤维损伤或者纤维起毛，最终影响车载储氢气瓶的纤维增强层和纤维保护层的承压性能；二、树脂胶液由多种成分配成，敞口胶槽中的树脂胶液使用一段时间后会分层，同时胶槽敞口还易落灰，这样导致其内的树脂胶液的温度和质量都不受控，使得胶槽中的胶液需要定期更换，这样会造成胶液的大量浪费；三、牵引装置牵引纤维束离开敞口胶槽时会带出过多的胶液，造成了胶液的浪费。
发明内容
本发明的目的是：提供一种用于纤维湿法缠绕工艺的纤维无损浸胶装置，该装置在纤维束浸胶过程中不会损伤纤维束，纤维浸胶效率、质量更高，并且树脂胶液的利用率更高。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：用于纤维湿法缠绕工艺的纤维无损浸胶装置，包括：浸胶盒，浸胶盒中设置有至少一条竖向的浸胶通道，每条浸胶通道的上端与一根进胶管连通，每条浸胶通道的下端与一根出胶管连通，每条浸胶通道所在的浸胶盒前后侧壁上分别设置有对应的通孔，浸胶盒前侧壁上的通孔为纤维束出口，浸胶盒后侧壁上的通孔为纤维束进口，使得待浸胶的纤维束能横向贯穿对应的浸胶通道；纤维束出口的孔径满足如下要求：当待浸胶的纤维束为横截面为矩形的扁平形状的纤维束时，纤维束出口最窄处的内壁与纤维束之间具有间隙，该间隙的距离范围为纤维束厚度的0.4-0.6倍，当待浸胶的纤维束为圆柱形纤维束时，纤维束出口最窄处的内壁与纤维束之间具有间隙，该间隙距离范围为纤维束横截面直径的0.4-0.6倍；并且，横向贯穿浸胶通道的纤维束能与浸胶通道中由上往下流动的树脂胶液相交汇，从而使纤维束上能粘附有树脂胶液而实现浸胶，掉落到浸胶通道底部的树脂胶液能从对应的出胶管流出。
进一步地，前述的用于纤维湿法缠绕工艺的纤维无损浸胶装置，其中：纤维束出口与纤维束进口的口径均由外向内逐渐增大，且纤维束进口与纤维束出口的底面均由外向内向下倾斜。
进一步地，前述的用于纤维湿法缠绕工艺的纤维无损浸胶装置，其中：当待浸胶的纤维束为圆柱形纤维束时，纤维束进口与纤维束出口均为口径由外向内逐渐变大的圆台形通孔，纤维束出口最窄处位于浸胶盒前侧壁上的圆台形通孔的最前端，纤维束进口与纤维束出口的任一母线与其轴线之间的夹角范围为10-15°。
进一步地，前述的用于纤维湿法缠绕工艺的纤维无损浸胶装置，其中：浸胶盒为中空的长方体形，浸胶盒中间隔设置有若干相互独立的浸胶通道，每条浸胶通道所在的浸胶盒前后侧壁上均上下间隔设置有前后一一对应的两对通孔。
进一步地，前述的用于纤维湿法缠绕工艺的纤维无损浸胶装置，其中：上下两个纤维束出口的中心线的间距范围为80-120mm，位于上层的各纤维束出口的中心线与对应的浸胶通道顶端的间距不小于50 mm，位于下层的各纤维束出口的中心线与对应的浸胶通道底端的间距不小于50 mm。
进一步地，前述的用于纤维湿法缠绕工艺的纤维无损浸胶装置，其中：还设置有树脂胶液供应机构，树脂胶液供应机构包括：控制树脂胶液流量的流量调节组件、带盖的树脂胶桶及进口端伸入树脂胶桶内的进胶总管，各进胶管均与进胶总管连通。
进一步地，前述的用于纤维湿法缠绕工艺的纤维无损浸胶装置，其中：所述的流量调节组件包括：设置在进胶总管上的树脂胶液输送泵、进胶流量计、主调胶阀，以及每个进胶管上设置的一个分调胶阀。
进一步地，前述的用于纤维湿法缠绕工艺的纤维无损浸胶装置，其中：各出胶管均与回胶总管连通，回胶总管的出口端伸入树脂胶桶内。
进一步地，前述的用于纤维湿法缠绕工艺的纤维无损浸胶装置，其中：回胶总管上设置有回胶流量计。
进一步地，前述的用于纤维湿法缠绕工艺的纤维无损浸胶装置，其中：沿着进胶总管与回胶总管的走向依次设置有若干个浸胶盒，每个浸胶盒的上方设置有与进胶总管连通的进胶分管，每个浸胶盒的下方设置有与回胶总管连通的集胶管，各浸胶通道的上端通过对应的进胶管与进胶分管连通，各浸胶通道的下端通过对应的出胶管与集胶管连通。
进一步地，前述的用于纤维湿法缠绕工艺的纤维无损浸胶装置，其中：树脂胶液供应机构还包括：树脂胶桶内设置的搅拌器，以及使得树脂胶桶内的树脂胶液的温度处于设定的范围内的恒温加热器。
进一步地，前述的用于纤维湿法缠绕工艺的纤维无损浸胶装置，其中：所述的恒温加热器为恒温水池，树脂胶桶位于恒温水池内，恒温水池中设置有电热丝，恒温水池上设置有水热电偶，水热电偶与电热丝的控制器信号连接。
进一步地，前述的用于纤维湿法缠绕工艺的纤维无损浸胶装置，其中：浸胶盒后侧壁的后侧设置有一块分线板，分线板上设置有若干分线通孔，分线通孔的数量与浸胶盒后侧壁上的通孔的数量相同、且前后一一对应，纤维束前行时先穿过分线通孔再进入浸胶盒上对应的纤维束进口。
本发明的优点是：一、浸胶盒内设置了浸胶通道，每条浸胶通道所在的浸胶盒前后侧壁上设置的对应通孔使得纤维束能横向贯穿浸胶通道、且纤维束在浸胶过程中与浸胶盒无接触，以上结构使得待浸胶的纤维束能够实现无损浸胶；将纤维束出口最窄处的内壁与纤维束之间的间隙设置在一定的范围内，使得不需要设置刮胶刀即可控制浸胶后的纤维束上的树脂胶液的厚度。二、浸胶盒中可设置多条相互独立的浸胶通道，每个浸胶通道所在的浸胶盒前后侧壁上可上下间隔设置有两对通孔，使得多束纤维束能同时横向贯穿浸胶盒，大大提高了浸胶效率。三、本发明进一步的优点是：设置的出胶管与回胶总管使得从浸胶通道底部流出的树脂胶液能够回收利用，大大提高了树脂胶液的利用率。四、本发明进一步的优点是：流量调节组件使得树脂胶液以设定的流量进入浸胶通道，并且通过控制树脂胶液的温度，从而使浸胶后的纤维束上具有一定厚度、比较均匀的树脂胶液，带盖的树脂胶桶、搅拌器进一步保证了用以浸胶的树脂胶液的质量。
附图说明
图1是本发明中所述的适用于扁平形状的纤维束浸胶的纤维无损浸胶装置的较佳实施例的结构示意图；
图2是图1中B部分的立体结构示意图；
图3是浸胶盒、分线板的立体结构示意图；
图4是图3中A-A向的剖视结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和优选实施例对本发明作进一步的详细说明。
如图1、图2、图3、图4所示，用于纤维湿法缠绕工艺的纤维无损浸胶装置，包括：浸胶盒52，浸胶盒52中设置有至少一条竖向的浸胶通道521，每条浸胶通道521的上端与一根进胶管24连通，每条浸胶通道521的下端与一根出胶管32连通，每条浸胶通道521所在的浸胶盒52前后侧壁上分别设置有对应的通孔，浸胶盒前侧壁524上的通孔为纤维束出口5222，浸胶盒后侧壁525上的通孔为纤维束进口5221，使得待浸胶的纤维束6能横向贯穿对应的浸胶通道521；纤维束出口5222的孔径满足如下要求：当待浸胶的纤维束6为横截面为矩形的扁平形状的纤维束时，纤维束出口5222最窄处的内壁与纤维束6之间具有间隙，该间隙的距离范围为纤维束6厚度的0.4-0.6倍，当待浸胶的纤维束6为圆柱形纤维束时，纤维束出口5222最窄处的内壁与纤维束6之间具有间隙，该间隙距离范围为纤维束6横截面直径的0.4-0.6倍。工作时，树脂胶液以设定的流量从各进胶管24进入对应的浸胶通道521，由上往下流动的树脂胶液与以设定速度前行的纤维束6相交汇从而使树脂胶液粘附在纤维束6上，流入到浸胶通道521底部的树脂胶液从各出胶管32流出。浸胶盒52内设置了浸胶通道521，每条浸胶通道521所在的浸胶盒52前后侧壁上设置的对应通孔使得纤维束6能横向贯穿浸胶通道521、且纤维束6在浸胶过程中与浸胶盒52无接触，以上结构使得待浸胶的纤维束6能够实现无损浸胶。将纤维束出口5222最窄处的内壁与纤维束6之间的间隙设置在一定的范围内，使得不需要设置刮胶刀即可控制浸胶后的纤维束6上的树脂胶液的厚度。
在本实施例中，为了提高纤维无损浸胶装置的浸胶效率，浸胶盒52为中空的长方体形，浸胶盒52中间隔设置有若干相互独立的浸胶通道521，从而使由上向下流过各浸胶通道521的树脂胶液在纤维浸胶时互不干扰，每条浸胶通道521所在的浸胶盒52前后侧壁上均上下间隔设置有前后一一对应的两对通孔，从而使多束待浸胶的纤维束6能同时横向贯穿浸胶盒52中的各浸胶通道521。在本实施例中，每个浸胶盒52中设置了四条独立的浸胶通道521，每条浸胶通道所在的浸胶盒52的前后侧壁上均上下间隔设置有二个通孔，这样，该浸胶盒52可以使八束待浸胶的纤维束6同时横向贯穿浸胶盒52中的各浸胶通道521，从而完成纤维浸胶工序，大大提高了纤维浸胶效率。
当两束待浸胶的纤维束6同时横向贯穿一个浸胶通道521时，上下两个纤维束出口的中心线的间距d的范围为80-120mm，这个距离能使得两束上下相邻的纤维束6在浸胶时不会相互影响。树脂胶液从浸胶通道521的顶部由上向下流动时，纤维束6与浸胶通道521的顶端过近会使树脂胶液流过纤维束6时会向四周飞溅，因此位于最上层的各纤维束出口5222的中心线与对应的浸胶通道521顶端的间距f不小于50 mm。掉落到浸胶通道521底部的树脂胶液进入出胶管32时，出胶管32的进口处会形成漩涡，为了避免漩涡形成的负压对纤维束6浸胶的质量造成影响，位于最下层的各纤维束出口的中心线与对应的浸胶通道底端的间距g不小于50 mm。
在本实施例中，纤维束进口5221与纤维束出口5222的口径均由外向内逐渐增大，且纤维束进口5221与纤维束出口5222的底面均由外向内向下倾斜，从而使流入到纤维束出口5222及纤维束进口5221内的树脂胶液能回流至浸胶通道521内，进一步提高了树脂胶液的利用率。当待浸胶的纤维束6为横截面为矩形的扁平形状的纤维束时，纤维束出口5222的最窄处位于浸胶盒前侧壁524上设置的通孔的最前端。
当待浸胶的纤维束6为圆柱形的纤维束时，纤维束进口5221与纤维束出口5222均为口径由外向内逐渐变大的圆台形通孔，且纤维束进口5221与纤维束出口5222的任一母线与其轴线之间的夹角范围为10-15°，这种形状的通孔使得流入到纤维束进口和纤维束出口内的树脂胶液能顺畅回流至浸胶通道521内。纤维束出口5222最窄处位于浸胶盒前侧壁524上的圆台形通孔的最前端。
如图1、图2所示，还设置有树脂胶液供应机构，树脂胶液供应机构包括：能调节树脂胶液流量的流量调节组件、带盖的树脂胶桶1及进口端伸入树脂胶桶1内的进胶总管2，各进胶管24均与进胶总管2连通。带盖的树脂胶桶1避免了外界的杂质进入树脂胶桶1，从而保证了其内的树脂胶液的质量。为了使得树脂胶桶1内树脂胶液混合均匀，树脂胶桶上还设置有搅拌器11。为了将流入进胶总管2的树脂胶液的温度控制在设定的范围内，还设置有使得树脂胶桶1内的树脂胶液的温度处于设定的范围内的恒温加热器。
在本实施例中，所述的流量调节组件包括：设置在进胶总管2上的树脂胶液输送泵27、主调胶阀21和进胶流量计22，以及在每个进胶管24上均设置的一个分调胶阀25。在实际使用时，树脂胶液输送泵27采用蠕动泵，主调胶阀21和分调胶阀25均采用常用的截止阀，可以通过截止阀的开度来调节树脂胶液的流量大小。
在本实施例中，所述的恒温加热器为恒温水池7，树脂胶桶1位于恒温水池7内，恒温水池7中设置有电热丝71。为了便于控制恒温水池7内的水的温度，恒温水池上设置有水热电偶72，且水热电偶72与电热丝71的控制器信号连接。这样，一旦水热电偶72检测到恒温水池内的水的温度小于设定的温度范围，启动电热丝71加热恒温水池7内的水，当水的温度达到设定的温度范围内后，使电热丝71停止加热即可。采用水浴加热的方式使得树脂胶桶1内各处的树脂胶液的温度较为均匀。为了便于检测树脂胶桶1内的树脂胶液的温度和液位，树脂胶桶1上还设置有胶液热电偶12及液位计。
在本实施例中，各出胶管32均与回胶总管3连通，且回胶总管32的出口端伸入树脂胶桶1内，使得流入到浸胶通道底部的树脂胶液经出胶管32、回胶总管3流入树脂胶桶1内再进行回用，从而提高树脂胶液的利用率。为了掌握树脂胶液的损耗量，回胶总管3上还设置有回胶流量计31。
在本实施例中，为了在进一步提高纤维浸胶效率的同时减少纤维浸胶装置的体积，沿着进胶总管2与回胶总管3的走向依次设置有若干个浸胶盒52，每个浸胶盒52上连通的各进胶管24、各出胶管32均分别与进胶总管2、回胶总管3连通。在实际使用中，为了便于装配，每个浸胶盒52的上方设置有与进胶总管2连通的进胶分管23，每个浸胶盒52的下方设置有与回胶总管3连通的集胶管33，各浸胶通道521的上端通过对应的进胶管24与进胶分管23连通，各浸胶通道521的下端通过对应的出胶管32与集胶管33连通，每相邻的两个进胶分管23和集胶管33均分别通过连接件26连通。
如图2、图3所示，浸胶盒后侧壁525的后侧设置有一块分线板51，分线板板51上设置有若干分线通孔511，分线通孔511的数量与浸胶盒后侧壁525上的通孔的数量相同、且前后一一对应，待浸胶的纤维束6前行时先穿过分线通孔511再进入浸胶盒对应的纤维束进口5221。设置分线板51不仅能确保待浸胶的纤维束6能有序地横向贯穿浸胶通道，还能去除待浸胶的纤维束6上的杂物。
本发明的优点是：一、浸胶盒52内设置了浸胶通道521，每条浸胶通道521所在的浸胶盒52前后侧壁上设置的对应通孔使得纤维束6能横向贯穿浸胶通道521、且纤维束6在浸胶过程中与浸胶盒52无接触，以上结构使得待浸胶的纤维束6能够实现无损浸胶；将纤维束出口5222最窄处的内壁与纤维束6之间的间隙设置在一定的范围内，使得不需要设置刮胶刀即可控制浸胶后的纤维束6上的树脂胶液的厚度。二、浸胶盒52中可设置多条相互独立的浸胶通道521，每个浸胶通道521所在的浸胶盒前后侧壁上可上下间隔设置有两对通孔，使得多束纤维束6能同时横向贯穿浸胶盒52，大大提高了浸胶效率。三、本发明进一步的优点是：设置的出胶管32与回胶总管3使得从浸胶通道521底部流出的树脂胶液能够回收利用，大大提高了树脂胶液的利用率。四、本发明进一步的优点是：流量调节组件使得树脂胶液以设定的流量进入浸胶通道521，并且通过控制树脂胶液的温度，从而使浸胶后的纤维束6上具有一定厚度、比较均匀的树脂胶液，带盖的树脂胶桶1、搅拌器11进一步保证了用以浸胶的树脂胶液的质量。
Claims (14)
1.用于纤维湿法缠绕工艺的纤维无损浸胶装置，其特征在于：包括：浸胶盒，浸胶盒中设置有至少一条竖向的浸胶通道，每条浸胶通道的上端与一根进胶管连通，每条浸胶通道的下端与一根出胶管连通，每条浸胶通道所在的浸胶盒前后侧壁上分别设置有对应的通孔，浸胶盒前侧壁上的通孔为纤维束出口，浸胶盒后侧壁上的通孔为纤维束进口，使得待浸胶的纤维束能横向贯穿对应的浸胶通道；纤维束出口的孔径满足如下要求：当待浸胶的纤维束为横截面为矩形的扁平形状的纤维束时，纤维束出口最窄处的内壁与纤维束之间具有间隙，该间隙的距离范围为纤维束厚度的0.4-0.6倍，当待浸胶的纤维束为圆柱形纤维束时，纤维束出口最窄处的内壁与纤维束之间具有间隙，该间隙距离范围为纤维束横截面直径的0.4-0.6倍；并且，横向贯穿浸胶通道的纤维束能与浸胶通道中由上往下流动的树脂胶液相交汇，从而使纤维束上能粘附有树脂胶液而实现浸胶，掉落到浸胶通道底部的树脂胶液能从对应的出胶管流出。
2.根据权利要求1所述的用于纤维湿法缠绕工艺的纤维无损浸胶装置，其特征在于：纤维束出口与纤维束进口的口径均由外向内逐渐增大，且纤维束进口与纤维束出口的底面均由外向内向下倾斜。
3.根据权利要求2所述的用于纤维湿法缠绕工艺的纤维无损浸胶装置，其特征在于：当待浸胶的纤维束为圆柱形纤维束时，纤维束进口与纤维束出口均为口径由外向内逐渐变大的圆台形通孔，纤维束出口最窄处位于浸胶盒前侧壁上的圆台形通孔的最前端，纤维束进口与纤维束出口的任一母线与其轴线之间的夹角范围为10-15°。
4.根据权利要求2所述的用于纤维湿法缠绕工艺的纤维无损浸胶装置，其特征在于：浸胶盒为中空的长方体形，浸胶盒中间隔设置有若干相互独立的浸胶通道，每条浸胶通道所在的浸胶盒前后侧壁上均上下间隔设置有前后一一对应的两对通孔。
5.根据权利要求4所述的用于纤维湿法缠绕工艺的纤维无损浸胶装置，其特征在于：上下两个纤维束出口的中心线的间距范围为80-120mm，位于上层的各纤维束出口的中心线与对应的浸胶通道顶端的间距不小于50 mm，位于下层的各纤维束出口的中心线与对应的浸胶通道底端的间距不小于50 mm。
6.根据权利要求1或2或3或4或5所述的用于纤维湿法缠绕工艺的纤维无损浸胶装置，其特征在于：还设置有树脂胶液供应机构，树脂胶液供应机构包括：控制树脂胶液流量的流量调节组件、带盖的树脂胶桶及进口端伸入树脂胶桶内的进胶总管，各进胶管均与进胶总管连通。
7.根据权利要求6所述的用于纤维湿法缠绕工艺的纤维无损浸胶装置，其特征在于：所述的流量调节组件包括：设置在进胶总管上的树脂胶液输送泵、进胶流量计、主调胶阀，以及每个进胶管上设置的一个分调胶阀。
8.根据权利要求6所述的用于纤维湿法缠绕工艺的纤维无损浸胶装置，其特征在于：各出胶管均与回胶总管连通，回胶总管的出口端伸入树脂胶桶内。
9.根据权利要求8所述的用于纤维湿法缠绕工艺的纤维无损浸胶装置，其特征在于：回胶总管上设置有回胶流量计。
10.根据权利要求8或9所述的用于纤维湿法缠绕工艺的纤维无损浸胶装置，其特征在于：沿着进胶总管与回胶总管的走向依次设置有若干个浸胶盒，每个浸胶盒的上方设置有与进胶总管连通的进胶分管，每个浸胶盒的下方设置有与回胶总管连通的集胶管，各浸胶通道的上端通过对应的进胶管与进胶分管连通，各浸胶通道的下端通过对应的出胶管与集胶管连通。
11.根据权利要求6所述的用于纤维湿法缠绕工艺的纤维无损浸胶装置，其特征在于：树脂胶液供应机构还包括：树脂胶桶内设置的搅拌器，以及使得树脂胶桶内的树脂胶液的温度处于设定的范围内的恒温加热器。
12.根据权利要求11所述的用于纤维湿法缠绕工艺的纤维无损浸胶装置，其特征在于：所述的恒温加热器为恒温水池，树脂胶桶位于恒温水池内，恒温水池中设置有电热丝，恒温水池上设置有水热电偶，水热电偶与电热丝的控制器信号连接。
13.根据权利要求7所述的用于纤维湿法缠绕工艺的纤维无损浸胶装置，其特征在于：树脂胶液供应机构还包括：树脂胶桶内设置的搅拌器，以及使得树脂胶桶内的树脂胶液的温度处于设定的范围内的恒温加热器。
14.根据权利要求1或2或3或4或5所述的用于纤维湿法缠绕工艺的纤维无损浸胶装置，其特征在于：浸胶盒后侧壁的后侧设置有一块分线板，分线板上设置有若干分线通孔，分线通孔的数量与浸胶盒后侧壁上的通孔的数量相同、且前后一一对应，纤维束前行时先穿过分线通孔再进入浸胶盒上对应的纤维束进口。
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2021
- 2021-04-08 CN CN202110375844.4A patent/CN113103461B/zh active Active
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