CN114232131B - 蓄热保暖抗静电腈纶纤维及其生产方法 - Google Patents
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Abstract
本申请提供了一种蓄热保暖抗静电腈纶纤维的生产方法，以及所述方法所得的具有“皮芯”结构的蓄热保暖抗静电腈纶纤维。所述腈纶纤维外层中无机改性剂、有机改性剂的含量高于内层，或者无机改性剂、有机改性剂的含量由内向外逐渐增加。本申请蓄热保暖抗静电腈纶纤维中，无机改性剂和有机改性剂能够富集在腈纶外层，形成皮芯结构的腈纶纤维，获得更好的改性效果，而且具有非常好的耐久性。显著了提升了腈纶穿着舒适性，尤其适用于秋冬季节户外使用的纺织品。
Description
技术领域
本发明涉及腈纶纤维技术领域，特别涉及一种具有“皮芯”结构的蓄热保暖抗静电腈纶纤维及其生产方法。
背景技术
腈纶(聚丙烯腈纤维)是化学纤维中重要的品种之一，广泛应用于纺织、服装、汽车用座椅、家用窗帘等纺织品领域中。腈纶具有羊毛的特征，如：良好的蓬松性和保暖性、手感柔软，因此有人造羊毛或合成羊毛之称。但是腈纶的弹性、强度和保暖性比羊毛更好，密度比羊毛更小，而且耐日晒性能优异。
随着消费的不断升级，消费者对腈纶等产品提出了更高的性能要求。腈纶在手感上具有羊毛蓬松性，但是在蓄热保暖性以及抗静电性方面存在不足。
中国发明专利CN110424078A公开了一种吸光发热混纺纱线，由20-30％棉纤维、30-40％纳米发热腈纶混纺短纤、15-25％聚酯中空纤维以及5-35％氨纶纤维制备而成，其中所述纳米发热腈纶混纺短纤的制备过程为：首先由纳米陶瓷颗粒、纳米火山岩石粉末和腈纶纺丝液共混制得的短纤，然后将所述纤维与棉纤维、聚丙烯纤维进行混纺，得到纳米陶瓷腈纶混纺短纤。
中国发明专利CN104605717B公开了一种吸湿发热地垫及其生产方法，首先利用吸湿发热纤维与腈纶纤维进行混纺成纱，然后通过拉舍尔经编机将这种纱线作为毛纱，涤纶纱作为底纱制成毛绒织物，通过特定的染整、刷毛、烫光、烫剪、复合工艺处理和包装获得一种具有持久吸湿发热功能的地垫产品，其吸湿发热原理为采用毛绒部分利用其强烈的物理汽化热效应，迅速从环境的湿气中获取热量并导出水分进而产生发热效果和易湿快干功能，其发热效果远远超过远红外、整理助剂所带来的保温效果。它可以和其他地面装饰材料完美的结合，使人们在室内赤脚活动获得更舒适的感觉，更健康的体验。
中国发明专利CN111876888A公开了一种蓄热发光保暖针织面料，从内到外依次包括内层、功能腈纶纤维层和发光层，所述内层和功能腈纶纤维层通过集圈交织一起形成双层结构，所述发光层经针织方式织造固定于所述功能腈纶纤维层上；发光涂料层涂覆于所述发光层表面。所述功能腈纶纤维层采用远红外功能腈纶纤维和蓄热保暖功能腈纶纤维中的一种或两种编织而成。
中国发明专利CN107779973A公开了一种抗静电抗菌腈纶纤维及其制备方法，基料聚丙烯腈干粉同抗静电剂、抗菌剂、致孔剂、协同剂及溶剂混合后，在一定溶解温度下加热形成纺丝溶液，再将纺丝溶液在空气中通过熔喷纺丝纺制成腈纶纤维，对得到的纤维进行水洗烘干后，最终得到具有抗静电抗菌双重功能的腈纶纤维。主要技术特点是在主要由聚丙烯腈、溶剂、抗静电剂、抗菌剂组成的纺丝溶液中加入致孔剂和协同剂。由于致孔剂的存在，使得纤维的吸湿性增强，对纤维的抗静电性能有益；而协同剂的存在，解决了抗静电剂和抗菌剂同聚丙烯腈原液相容性差的问题，使抗静电抗菌性能比单一添加抗静电剂和抗菌剂的性能有较大的提高，且纤维的物理机械性能未受到太大的影响。
从以上的公开资料可以看出，现有的为了提升腈纶吸光发热及抗静电性能的技术，均以功能粉体材料如火山岩粉体、陶瓷粉体，抗静电剂等添加到腈纶纺丝液中进行共混纺丝，为了保证产品的性能效果，往往改性组分的添加量都比较高，导致腈纶的可纺性下降。
同时，纤维起到功能性的基本依赖于纤维表层，纤维内部组分基本没有发挥出功能作用。因此，如何将功能组分尽可能富集于腈纶的表面从而减少功能组分的使用同时实现功能的改性变得十分有意义。
发明内容
本申请提供了一种蓄热保暖抗静电腈纶纤维的生产方法，以及所述方法所得的具有“皮芯”结构的蓄热保暖抗静电腈纶纤维。
本申请第一方面是提供一种蓄热保暖抗静电腈纶纤维的生产方法，包括：提供改性浆料，所述改性浆料包括无机改性剂、有机改性剂；其中，有机改性剂为聚合物，无机改性剂至少包括纳米颗粒；
将改性浆料加入到腈纶纺丝液中，其中，腈纶纺丝液动力粘度是改性浆料动力粘度的至少100倍；
共混纺丝，并进行热拉伸定型。
在一种优选实施例中，所述腈纶可以是聚丙烯腈与其他已知可纺丝纤维的混合物，更优选地，所述腈纶中，聚丙烯腈含量至少为85wt％，优选为至少为90wt％。
在一种优选实施例中，所述腈纶数均分子量优选为2-10万。
在一种优选实施例中，所述腈纶纺丝液动力粘度优选为1-50Pa·S，更优选为5-45Pa·S，更优选为10-40Pa·S。
在一种优选实施例中，所述腈纶纺丝液溶剂为硫氰酸钠水溶液、二甲基乙酰胺、二甲基亚砜、N,N-二甲基甲酰胺、N-甲基吗啉、二甲胺、离子液体或硝酸中的任意一种或更多种。
在一种优选实施例中，所述腈纶纺丝液中溶剂质量浓度优选为50-90％，更优选为65-85％。
在一种优选实施例中，所述无机改性剂至少包括铜化合物粉体，所述铜化合物选自：铁酸铜、钨铯青铜、硫化亚铜、氯化亚铜、氧化亚铜中的一种或更多种。
在一种优选实施例中，所述铜化合物粉体的平均粒径、或全部粒径在40-200nm之间，更优选为50-180nm之间，更优选为80-150nm之间。
在一种优选实施例中，所述无机改性剂还可以包括二氧化硅粉体。
在一种优选实施例中，所述二氧化硅粉体的平均粒径、或全部粒径在50-150nm之间，更优选为80-100nm之间。
在一种优选实施例中，所述无机改性剂中，二氧化硅粉体重量比例优选为1-10％。
在一种优选实施例中，所述无机改性剂中，铜化合物粉体重量比例优选为90-99％。
在一种优选实施例中，所述有机改性剂为聚乙二醇。
在一种优选实施例中，所述聚乙二醇数均分子量优选为5000-50000g/mol，更优选为8000-45000g/mol，更优选为10000-40000g/mol。
在一种优选实施例中，所述聚乙二醇分子量分布系数为2.0-4.0。
在一种优选实施例中，所述有机改性剂与无机改性剂的重量比例为5-100︰1-20。
在一种优选实施例中，所述改性浆料的动力粘度优选为不超过100mPa·S，优选为15-50mPa·s。
在一种优选实施例中，所述改性浆料制备方法为：将无机改性剂与有机改性剂混合打浆，制备得到所述改性浆料。
在一种优选实施例中，所述混合打浆过程在搅拌机中进行，搅拌速率优选为10-30rpm。
在一种优选实施例中，所述混合打浆过程中，温度保持在30-60℃。
在一种优选实施例中，所述混合打浆过程中，混合时间为至少0.5h，更优选为0.5-1h。
在一种优选实施例中，所述共混纺丝过程中，喷丝头挤出温度优选为至少30℃，优选为30-80℃。
在一种优选实施例中，所述共混纺丝过程中，喷丝头挤出速度优选为1-30m/s，更优选为5-20m/s。
在一种优选实施例中，喷丝头挤出后，进入凝固浴，凝固浴温度不超过40℃，更优选为不超过35℃，更优选为5-35℃。
在一种优选实施例中，所述凝固浴包括水和溶剂，所述凝固浴的溶剂选自硫氰酸钠水溶液、二甲基乙酰胺、二甲基亚砜、N,N-二甲基甲酰胺、N-甲基吗啉、二甲胺、离子液体或硝酸中的任意一种或更多种。
在一种优选实施例中，所述凝固浴的溶剂重量浓度优选为5-50％。
在一种优选实施例中，经过凝固浴后，进行水浴拉伸，水浴拉伸倍数优选为1.5-2倍。
在一种优选实施例中，水浴拉伸的温度优选为50-90℃。
在一种优选实施例中，水浴拉伸后进行水洗，水洗温度为70-90℃。
在一种优选实施例中，水洗后进行热拉伸定型，其中，热拉伸温度优选为至少100℃，优选为105-145℃；热定型温度优选为至少120℃，更优选为140-160℃。
在一种优选实施例中，所述热拉伸定型中，热拉伸倍数为1.5-3倍。
本申请第二个方面是提供一种上述方法制备的蓄热保暖抗静电腈纶纤维，其中，所述腈纶纤维外层中无机改性剂、有机改性剂的含量高于内层，或者无机改性剂、有机改性剂的含量由内向外逐渐增加。
在一种优选实施例中，所述蓄热保暖抗静电腈纶纤维中，无机改性剂、有机改性剂形成的外层厚度优选为0.5-5μm，或者含有无机改性剂、有机改性剂的层的厚度优选为0.5-5μm。
在一种优选实施例中，所述蓄热保暖抗静电腈纶纤维断裂强度优选为2.0-4.0cN/dtex。
在一种优选实施例中，所述蓄热保暖抗静电腈纶纤维断裂伸长率优选为20-40％。
在一种优选实施例中，所述蓄热保暖抗静电腈纶纤维回潮率优选为3-5％。
在一种优选实施例中，所述蓄热保暖抗静电腈纶纤维远红外反射率至少0.9。
在一种优选实施例中，所述蓄热保暖抗静电腈纶纤维体积比电阻为106-108Ω·cm。
本申请蓄热保暖抗静电腈纶纤维，一方面可以实现对太阳光能量最集中的400-760nm的区域光热转化的利用，同时可以实现对人体所发出的远红外波长进行高效的反射，起到蓄热保暖效果。
本申请蓄热保暖抗静电腈纶纤维制备方法中，有机改性剂起到对无机纳米改性剂分散的作用，有机改性剂为大分子型对无机改性剂起到了包覆分散的效果，极大减少了无机改性剂团聚的问题。腈纶的纺丝性能不受影响。
本申请蓄热保暖抗静电腈纶纤维中，无机改性剂和有机改性剂能够富集在腈纶外层，形成皮芯结构的腈纶纤维，获得更好的改性效果，而且具有非常好的耐久性。显著了提升了腈纶穿着舒适性，尤其适用于秋冬季节户外使用的纺织品。
附图说明
图1为本申请制备的“皮芯结构”纤维截面电镜照片。
具体实施方式
实施例1
本实施例中，腈纶改性剂组成为：
二氧化硅粉体，粒径80-120nm，0.05kg；
硫化亚铜粉体，粒径100-150nm，0.95kg
聚乙二醇，数均分子量12000g/mol，分子量分布系数2.2；2kg；
上述物料在搅拌混合，搅拌转速20rpm，搅拌时间30min，温度35℃。所得浆料动力粘度23mPa·S。
本实施例中，腈纶纺丝液100kg，溶剂为二甲基亚砜，溶剂质量浓度为70％，纺丝液动力粘度23Pa·S。腈纶数均分子量为1.5万，聚丙烯腈含量100wt％。
腈纶改性剂与腈纶纺丝液共混纺丝，挤出温度60℃，纺丝速度为10m/s。喷丝头挤出后经过水和二甲基亚砜组成的凝固浴(50/50，10℃)，然后水浴拉伸(60℃，拉伸倍数1.8)、水洗(80℃)、热拉伸(110℃、热拉伸倍数2)、热定型(150℃)，得到腈纶纤维。
实施例2
本实施例中，腈纶改性剂组成为：
二氧化硅粉体，粒径80-120nm，0.1kg；
钨铯青铜粉体，粒径50-80nm，0.9kg
聚乙二醇，数均分子量30000g/mol，分子量分布系数3.6；5kg；
上述物料在搅拌混合，搅拌转速20rpm，搅拌时间30min，温度35℃。所得浆料动力粘度24mPa·S。
本实施例中，腈纶纺丝液100kg，溶剂为二甲基亚砜，溶剂质量浓度为70％，纺丝液动力粘度25Pa·S。腈纶数均分子量为3万，聚丙烯腈含量100wt％。腈纶改性剂与腈纶纺丝液共混纺丝，挤出温度60℃，纺丝速度为10m/s。喷丝头挤出后经过水和二甲基亚砜组成的凝固浴(50/50，10℃)，然后水浴拉伸(60℃，拉伸倍数1.8)、水洗(80℃)、热拉伸(110℃、热拉伸倍数2)、热定型(150℃)，得到腈纶纤维。
实施例3
本实施例中，腈纶改性剂组成为：
二氧化硅粉体，粒径50-90nm，0.08kg；
氯化亚铜粉体，粒径100-130nm，0.92kg
聚乙二醇，数均分子量38000g/mol，分子量分布系数2.8；8kg；
上述物料在搅拌混合，搅拌转速20rpm，搅拌时间30min，温度35℃。所得浆料动力粘度16mPa·S。
本实施例中，腈纶纺丝液100kg，溶剂为二甲基亚砜，溶剂质量浓度为70％，纺丝液动力粘度23Pa·S。腈纶数均分子量为1.5万，聚丙烯腈含量100wt％。腈纶改性剂与腈纶纺丝液共混纺丝，挤出温度60℃，纺丝速度为10m/s。喷丝头挤出后经过水和二甲基亚砜组成的凝固浴(50/50，10℃)，然后水浴拉伸(60℃，拉伸倍数1.8)、水洗(80℃)、热拉伸(110℃、热拉伸倍数2)、热定型(150℃)，得到腈纶纤维。
实施例4
本实施例中，腈纶改性剂组成为：
二氧化硅粉体，粒径120-150nm，0.1kg；
氧化亚铜粉体，粒径100-150nm，1.4kg
聚乙二醇，数均分子量26000g/mol，分子量分布系数2.7；3kg；
上述物料在搅拌混合，搅拌转速20rpm，搅拌时间30min，温度35℃。所得浆料动力粘度35mPa·S
本实施例中，腈纶纺丝液100kg，溶剂为二甲基甲酰胺，溶剂质量浓度为70％，纺丝液动力粘度27Pa·S。腈纶数均分子量为1.5万，聚丙烯腈含量93wt％(丙烯腈单体含量)，其余为醋酸乙烯单体单元。
腈纶改性剂与腈纶纺丝液共混纺丝，挤出温度60℃，纺丝速度为10m/s。喷丝头挤出后经过水和二甲基亚砜组成的凝固浴(50/50，10℃)，然后水浴拉伸(60℃，拉伸倍数1.8)、水洗(80℃)、热拉伸(110℃、热拉伸倍数2)、热定型(150℃)，得到腈纶纤维。
实施例5
本实施例中，腈纶改性剂组成为：
二氧化硅粉体，粒径70-100nm，0.15kg；
铁酸铜粉体，粒径120-180nm，1.85kg
聚乙二醇，数均分子量38000g/mol，分子量分布系数3.3；1kg；
上述物料在搅拌混合，搅拌转速20rpm，搅拌时间30min，温度35℃。所得浆料动力粘度33mPa·S
本实施例中，腈纶纺丝液100kg，溶剂为二甲基亚砜，溶剂质量浓度为70％，纺丝液动力粘度23Pa·S。腈纶数均分子量为1.5万，聚丙烯腈含量100wt％(丙烯腈单体含量)。
腈纶改性剂与腈纶纺丝液共混纺丝，挤出温度60℃，纺丝速度为10m/s。喷丝头挤出后经过水和二甲基亚砜组成的凝固浴(50/50，10℃)，然后水浴拉伸(60℃，拉伸倍数1.8)、水洗(80℃)、热拉伸(110℃、热拉伸倍数2)、热定型(150℃)，得到腈纶纤维。
对比例1
本实施例中，腈纶改性剂组成为：
氧化亚铜粉体，粒径120-180nm，2kg
聚乙二醇，数均分子量38000g/mol，分子量分布系数3.3；4kg；
本实施例中，腈纶纺丝液100kg，溶剂为二甲基亚砜，溶剂质量浓度为70％，纺丝液动力粘度23Pa·S。腈纶数均分子量为1.5万，聚丙烯腈含量100wt％(丙烯腈单体含量)。
腈纶改性剂与腈纶纺丝液共混纺丝，挤出温度60℃，纺丝速度为10m/s。喷丝头挤出后经过水和二甲基亚砜组成的凝固浴(50/50，10℃)，然后水浴拉伸(60℃，拉伸倍数1.8)、水洗(80℃)、热拉伸(110℃、热拉伸倍数2)、热定型(150℃)，得到腈纶纤维。
对比例2
本实施例中，腈纶改性剂为：
二氧化硅粉体，粒径70-100nm，0.15kg；
氧化亚铜粉体，粒径120-180nm，1.85kg
本实施例中，腈纶纺丝液100kg，溶剂为二甲基亚砜，溶剂质量浓度为70％，纺丝液动力粘度20Pa·S。腈纶数均分子量为1.5万，聚丙烯腈含量100wt％(丙烯腈单体含量)。
腈纶改性剂与腈纶纺丝液共混纺丝，挤出温度60℃，纺丝速度为10m/s。喷丝头挤出后经过水和二甲基亚砜组成的凝固浴(50/50，10℃)，然后水浴拉伸(60℃，拉伸倍数1.8)、水洗(80℃)、热拉伸(110℃、热拉伸倍数2)、热定型(150℃)，得到腈纶纤维。
对比例3
本实施例中，腈纶改性剂为：聚乙二醇，数均分子量38000g/mol，分子量分布系数3.3；4kg。
本实施例中，腈纶纺丝液100kg，溶剂为二甲基亚砜，溶剂质量浓度为70％，纺丝液动力粘度23Pa·S。腈纶数均分子量为1.5万，聚丙烯腈含量100wt％(丙烯腈单体含量)。
腈纶改性剂与腈纶纺丝液共混纺丝，挤出温度60℃，纺丝速度为10m/s。喷丝头挤出后经过水和二甲基亚砜组成的凝固浴(50/50，10℃)，然后水浴拉伸(60℃，拉伸倍数1.8)、水洗(80℃)、热拉伸(110℃、热拉伸倍数2)、热定型(150℃)，得到腈纶纤维。
本申请以未加无机改性剂和有机改性剂的同规格腈纶纺丝液(纺丝液动力粘度23Pa·S，腈纶数均分子量为1.5万，聚丙烯腈含量100wt％)为对照，上述实施例和对比例所得实验结果如下表1所示。
表1，实施例1-5和对比例1-3所得实验结果
其中，纤维温度上升测试方法为：腈纶纤维置于20-100mW/cm2光照强度下，测试照射30min后的纤维温度。
本申请腈纶改性剂，添加量很少(≤2wt％)的情况下，即可实现良好的改性效果，同时，腈纶的纺丝性能几乎不受影响。
对比例2中，没有使用聚乙二醇的情况下，纳米级无机型粉体在腈纶中分散性差形成团聚，纺丝制备的腈纶因粉体在纤维的分散不均匀导致应力集中，纤维力学强度下降显著，纤维断裂强度2.0cN/dtex以下，基本无使用价值。这说明，有机改性剂与无机改性剂组成的共混改性剂中，有机改性剂起到对无机纳米改性剂分散的作用，有机改性剂为大分子型对无机改性剂起到了包覆分散的效果，极大减少了无机改性剂团聚的问题。
相比于本申请实施例，对比例1不使用纳米二氧化硅的情况下，纤维保温性和蓄热性下降。
参照图1，本申请共混纺丝液，在共混纺丝过程中，无机改性剂和有机改性剂向纤维表面扩散、富集。在热拉伸定型后，形成稳定的“皮芯结构”，如图1所示，富集无机改性剂和有机改性剂的皮层厚度，一般在0.5-5μm之间。
以上对发明的具体实施例进行了详细描述，但其只是作为范例，本发明并不限制于以上描述的具体实施例。对于本领域技术人员而言，任何对本发明进行的等同修改和替代也都在本发明的范畴之中。因此，在不脱离本发明的精神和范围下所作的均等变换和修改，都应涵盖在本发明内。
Claims (11)
1.一种蓄热保暖抗静电腈纶纤维的生产方法，其特征在于，包括：
提供改性浆料，所述改性浆料包括无机改性剂、有机改性剂；
所述无机改性剂包括铜化合物粉体和二氧化硅粉体；
所述铜化合物选自：铁酸铜、钨铯青铜、硫化亚铜、氯化亚铜、氧化亚铜中的一种或更多种；
所述有机改性剂为聚乙二醇；
所述聚乙二醇数均分子量为10000-40000g/mol，分子量分布系数为2.0-4.0；
将改性浆料加入到腈纶纺丝液中，其中，腈纶纺丝液动力粘度是改性浆料动力粘度的至少100倍；
共混纺丝，并进行热拉伸定型，得到所述腈纶纤维。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述腈纶中，聚丙烯腈含量至少为85wt%；所述腈纶数均分子量为2-10万；所述腈纶纺丝液动力粘度为1-50Pa·S；
其中，所述腈纶纺丝液溶剂为硫氰酸钠水溶液、二甲基乙酰胺、二甲基亚砜、N,N-二甲基甲酰胺、N-甲基吗啉、二甲胺、离子液体或硝酸中的任意一种或更多种；溶剂质量浓度为50-90%。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述腈纶纺丝液动力粘度为5-45Pa·S。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述腈纶纺丝液动力粘度为为10-40Pa·S。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述铜化合物粉体的平均粒径、或全部粒径在40-200nm之间。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述二氧化硅粉体的平均粒径、或全部粒径在50-150nm之间；所述无机改性剂中，二氧化硅粉体重量比例为1-10%，铜化合物粉体重量比例为90-99%。
7.根据权利要求1或6所述的方法，其特征在于，所述有机改性剂与无机改性剂的重量比例为5-100︰1-20；所述改性浆料的动力粘度优选为不超过100mPa·S；其中，所述改性浆料制备方法为：将无机改性剂与有机改性剂混合打浆，制备得到所述改性浆料，其中：
所述混合打浆过程在搅拌机中进行，搅拌速率优选为10-30rpm，温度保持在30-60℃，混合时间为至少0.5h。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述共混纺丝过程中，喷丝头挤出温度至少30℃，喷丝头挤出速度为1-30m/s。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，喷丝头挤出后，进入凝固浴，凝固浴温度不超过40℃；所述凝固浴包括水和溶剂，所述凝固浴的溶剂选自硫氰酸钠水溶液、二甲基乙酰胺、二甲基亚砜、N,N-二甲基甲酰胺、N-甲基吗啉、二甲胺、离子液体或硝酸中的任意一种或更多种；所述凝固浴的溶剂重量浓度优选为5-50%；
经过凝固浴后，进行水浴拉伸，水浴拉伸倍数为1.5-2倍，水浴拉伸的温度为50-90℃；
水浴拉伸后进行水洗，水洗温度为70-90℃；
水洗后进行热拉伸定型，其中，热拉伸温度为至少100℃；热定型温度为至少120℃；所述热拉伸定型中，热拉伸倍数为1.5-3倍。
10.一种权利要求1所述方法制备的蓄热保暖抗静电腈纶纤维，其特征在于，所述腈纶纤维外层中无机改性剂、有机改性剂的含量高于内层，或者无机改性剂、有机改性剂的含量由内向外逐渐增加。
11.根据权利要求10所述的蓄热保暖抗静电腈纶纤维，其特征在于，无机改性剂、有机改性剂形成的外层厚度为0.5-5μm，或者
含有无机改性剂、有机改性剂的层的厚度为0.5-5μm。
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