CN114388175A - 双绞线和包括该双绞线的电缆 - Google Patents
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Abstract
一种双绞线,其通过扭绞两条电线而获得,每条电线均包括导体部和覆盖导体部的外周的绝缘体。绝缘体由包含聚丙烯、抗氧化剂和铜抑制剂的树脂组合物所制成。在100℃下与PVC进行接触的PVC兼容性测试期间,该绝缘体具有超过3000小时的外观异常发生时间。绝缘体在施加频率1GHz的电场时具有2.0至2.5的相对介电常数和1.0×10‑3以下的介电损耗因子。
Description
技术领域
本发明涉及一种双绞线和包括该双绞线的电缆。
背景技术
先进的电气信息通信是例如汽车的自动驾驶所需要的。由此,出于在差分传输期间提高传输速度的目的,已经研究了使用车载传输电缆,该车载传输电缆包括通过扭绞两个电线获得的双绞线并且由护套覆盖。近年来,为了提高传输速度,已经尝试减少车载传输电缆中的传输损耗。
传输电缆中的传输损耗与构成双绞线的各个电线的绝缘体的介电常数和介电损耗因子成比例地增大。由此,在车载传输电缆中,期望电线的绝缘体的介电常数和介电损耗因子减小。
此外,期望车载传输电缆即使在严酷的车载环境下也长时间稳定地维持通信性能。例如,在一些情况下,车载传输电缆长时间暴露于100℃以上的高温。由此,期望车载传输电缆的车载电线充分满足标准(ISO 6722B类)所限定的过载下的耐热性。例如,期望构成车载传输电缆的各个电线的绝缘体具有150℃以上的熔点。
注意,纯铜、铜合金等通常用作电线的导体。然而,在一些情况下,铜导致电线的绝缘体的劣化,即铜损伤。由此,通常向构成电线的绝缘体的树脂加入铜抑制剂。此外,除了铜抑制剂,也向构成电线的绝缘体的树脂加入抗氧化剂。
另一方面,专利文献1(日本未审专利申请公开No.2008-130347)公开了一种具有屏蔽层的双绞线,通过扭绞多个绝缘芯线并且用护套覆盖扭绞的绝缘芯线的外周而获得双绞线,各个绝缘芯线都具有导体和覆盖导体的外周的绝缘体,所述绝缘体具有2.0至2.3的相对介电常数。具体地,包含聚丙烯和超低密度聚乙烯的绝缘体用作专利文献1中的绝缘体。此外,专利文献1公开了向构成电线的绝缘体的树脂加入抗氧化剂、铜抑制剂等。
发明内容
然而,相比于构成电线的绝缘体的树脂,抗氧化剂和铜抑制剂通常具有高介电常数和高介电损耗因子。由此,专利文献1未公开以兼容的方式获得绝缘体的低介电常数和低介电损耗因子的双绞线。
此外,专利文献1中公开的具有屏蔽层的双绞线的绝缘体一般包含大量具有90℃至140℃的低熔点的聚乙烯。由此,存在专利文献1中公开的具有屏蔽层的双绞线不能充分满足ISO 6722 B类所限定的过载下的耐热性。注意,当聚乙烯的交联度提高时,预期聚乙烯的熔点更高。然而,交联的聚乙烯在高温下趋向于具有高介电损耗因子。
此外,当车载传输电缆用于例如自动驾驶时,假定传输电缆以与其它个线束捆束的状态使用。在许多情况下,聚氯乙烯(PVC)用作构成其它线束的各个电线的绝缘体。
构成电线的绝缘体的PVC通常包含塑化剂。由此,当车载传输电缆与其它线束捆束到一起时,其它线束的绝缘体中包含的塑化剂渗出,并且在一些情况下向车载传输电缆的护套和护套中的电线的绝缘体移动。当塑化剂移动至护套和电线的绝缘体时,车载传输电缆的护套、电线的绝缘体等容易劣化。
由此,迄今尚不知道如下的车载传输电缆和包括在该车载传输电缆中的电线:使用含铜导体的车载传输电缆在兼容的方式的实现了低介电常数和低介电损耗因子,并且在与PVC接触的环境下具有长的耐热寿命。
已经鉴于现有技术中的上述问题实现了本发明。本发明的目的提供一种双绞线和包括该双绞线的电缆,所述双绞线包括绝缘体,该绝缘体具有低介电常数和低介电损耗因子,并且即使在与PVC接触时也具有长的耐热寿命。
根据本发明的双绞线是通过扭绞两条电线而获得的双绞线,每条所述电线均包括导体部和覆盖所述导体部的外周的绝缘体。绝缘体由包含聚丙烯、抗氧化剂和铜抑制剂的树脂组合物所制成。在100℃下与PVC进行接触的PVC兼容性测试期间,该绝缘体具有超过3000小时的外观异常发生时间。绝缘体在施加频率1GHz的电场时具有2.0至2.5的相对介电常数和1.0×10-3以下的介电损耗因子。
根据上述构造,能够提供一种双绞线和包括该双绞线的电缆,所述双绞线包括绝缘体,该绝缘体具有低介电常数和低介电损耗因子,并且即使在与PVC接触时也具有长的耐热寿命。
附图说明
图1是根据实施例的双绞线的截面图。
图2是根据实施例的电缆的截面图。
图3是用于测量PVC兼容性的PVC兼容性测量样品的截面图。
图4是示出树脂类型与介电损耗因子之间的关系的曲线图。
具体实施方式
以下将参考附图描述各种实施例。
参考附图,下文详细描述了根据本实施例的双绞线和包括双绞线的电缆。
[双绞线]
图1是根据实施例的双绞线的截面图。
如图1所示,通过扭绞两个电线10(10A、10B)而获得双绞线1,每个电线10(10A、10B)均包括导体部20和覆盖导体部20的外周的绝缘体30。图1是双绞线1的截面图,并且因此,图示出彼此相邻的电线10A的截面和电线10B的截面。注意,未示出的双绞线1的外观具有通过扭绞电线10A和电线10B而获得的扭绞形状。
构成双绞线1的电线10A和电线10B具有相似的构造。在双绞线1中,彼此反相的电流流径电线10A和电线10B。由此,电线10A与电线10B之间的电势差使得信号能够在双绞线1中传输。
下文描述构成双绞线1的电线10(10A、10B)。电线10A和电线10B具有相似的构造,并且因此,基于包括那些构造的电线10描述概念化的构造。
(电线)
如图1所示,电线10A和10B具有相似的构造,并且分别包括导体部20和覆盖导体部20的外周的绝缘体30。
<导体>
导体部20是由导体形成的部分。图1所示的导体部20是通过使用七根单线导体21并从周向进行挤压所形成的双绞线。注意,在变形例中,导体部20可以为六根以下或者八根以上单线导体21形成的双绞线,或者可以为不从周向挤压的双绞线。此外,在另一个导体部20的变形例中,可以实现仅由一根单线导体21形成导体部的实施方式、由包括多根单线导体21的组合体所形成的导体部的实施方式等。
当导体部20是双绞线时,作为电线10中所有单线导体21的横截面积的总值的扭绞的导体部20的截面面积sq值(mm2)为例如0.13sq至0.35sq。
铜、铜合金等用作导体部20的材料。
<绝缘体>
绝缘体30覆盖导体部20的外周。绝缘体30由树脂组合物制成。具体地,通过固化树脂组合物而获得绝缘体30。树脂组合物包含聚丙丙、抗氧化剂和铜抑制剂。
[聚丙烯]
作为聚丙烯,使用例如均聚丙烯、嵌段聚丙烯或者无规聚丙烯。
图4是示出树脂类型与介电损耗因子之间的关系的曲线图。注意,在图4中,除了均聚丙烯(均PP)和嵌段聚丙烯(嵌段PP),曲线图还示出高密度聚乙烯(HDPE)和交联HDPE。
如图4所示,能够理解均聚丙烯和嵌段聚丙烯无视温度升高而分别具有低介电损耗因子。另一方面,在HDPE的情况下,能够理解通常的具有低熔点的高密度聚乙烯(HDPE)具有低介电损耗因子而无视温度升高,而具有改进的热变形性的交联HDPE具有随着温度升高而更高的介电损耗因子。以这样的方式,聚乙烯具有诸如熔点低、随着温度升高介电损耗因子更高等问题。由此,在构成根据实施例的双绞线1的绝缘体30的树脂组合物中使用无视温度升高而具有低介电损耗因子的聚丙烯。
[抗氧化剂]
作为抗氧化剂,使用例如苯酚系抗氧化剂、硫系抗氧化剂或者亚磷酸盐系抗氧化剂。在这些抗氧化剂之中,苯酚系抗氧化剂由于延长了绝缘体30的耐热寿命而是优选的。此外,当使用硫系抗氧化剂、亚磷酸盐系抗氧化剂等时,由于延长了绝缘体30的耐热寿命而优选地组合使用苯酚系抗氧化剂。因此,至少苯酚系抗氧化剂由于延长了绝缘体30的耐热寿命而优选在抗氧化剂中使用。
作为苯酚系抗氧化剂,使用例如下面给出的式(A1)和式(A2)所示的抗氧化剂。
[化学式1]
1,3,5-三(3,5-二叔丁基-4-羟基苄基)1,3,5-三嗪-2,4,6(1H,3H,5H)-三酮
[化学式2]
季戊四醇四[3-(3,5-二叔丁基-4-羟苯基)丙酸酯]
作为硫系抗氧化剂,使用例如下面给出的式(A3)所示的抗氧化剂。
[化学式3]
二硬脂硫代二丙酸酯
作为亚磷酸盐系抗氧化剂,使用例如下面给出的式(A4)所示的抗氧化剂。
[化学式4]
2,2`-亚甲基双(4,6,-二叔丁基苯基)2-亚磷酸乙基己酯
[铜抑制剂]
作为铜抑制剂,使用例如水杨酸系铜抑制剂或者联氨系铜抑制剂。
铜抑制剂优选为包含10质量%至100质量%的水杨酸系铜抑制剂。由于延长了绝缘体30的耐热寿命,在所有铜抑制剂中水杨酸系铜抑制剂的掺混量优选为落入上述范围。
作为水杨酸系铜抑制剂,使用例如下面给出的式(B1)所示的铜抑制剂。
[化学式5]
2-羟基-N-1H-1,2,4-三唑-3-基苯甲酰胺
作为联氨系铜抑制剂,使用例如下面给出的式(B2)所示的铜抑制剂。
[化学式6]
N,N'-双[3-(3,5-二叔丁基-4-羟苯基)丙酰基]肼
[掺混率]
树脂组合物通常相对于100质量份聚丙烯包含4至8质量份,优选地,4至6质量份的苯酚系抗氧化剂。注意,当多种苯酚系抗氧化剂混合时,苯酚系抗氧化剂的含量是指作为多种苯酚系抗氧化剂的总量的含量。由于延长了绝缘体30的耐热寿命,苯酚系抗氧化剂的含量优选为落入上述范围。
树脂组合物可以以不受限于上述苯酚系抗氧化剂的含量的量而包含苯酚系抗氧化剂之外的抗氧化剂,例如,硫系抗氧化剂和亚磷酸盐系抗氧化剂。
树脂组合物通常相对于100质量份聚丙烯包含1至3质量份的硫系抗氧化剂。由于延长了绝缘体30的耐热寿命,硫系抗氧化剂的含量优选为落入上述范围。
树脂组合物通常相对于100质量份聚丙烯包含0.05至0.15质量份的亚磷酸盐系抗氧化剂。由于延长了绝缘体30的耐热寿命,亚磷酸盐系抗氧化剂的含量优选为落入上述范围。
树脂组合物通常相对于100质量份聚丙烯包含0.5至3.0质量份,优选地,1.0至3.0质量份的铜抑制剂。由于延长了绝缘体30的耐热寿命,铜抑制剂的含量优选为落入上述范围。
树脂组合物相对于100质量份的聚丙烯包含4至8质量份的苯酚系抗氧化剂和1.0至3.0质量份的铜抑制剂。由于将绝缘体30的介电损耗因子抑制为低的并且延长了绝缘体30的耐热寿命,所以苯酚系抗氧化剂和铜抑制剂的含量优选为落入上述范围。
能够通过公开已知的方法制造树脂组合物。此外,可以通过公知的方法使用树脂组合物而制造绝缘体30。
[绝缘体的相对介电常数]
绝缘体30在施加频率1GHz的电场时具有2.0至2.5的相对介电常数,优选地,2.2至2.4的相对介电常数。注意,相对介电常数是通过空腔共振器法计算的值。具体地,绝缘体30的相对介电常数是基于如下而计算的值:通过根据JIS C2565使用1GHz的空腔谐振器并且在25℃的环境温度下将绝缘体30插入空腔谐振器中而测量出的共振频率和Q值。由于减小了双绞线1中的传输损耗,相对介电常数优选为落入上述范围。
[绝缘体的介电损耗因子]
绝缘体30在施加频率1GHz的电场时具有1.0×10-3以下的介电损耗因子。注意,介电损耗因子是通过空腔共振器法计算的值。具体地,绝缘体30的介电损耗因子是基于如下而计算的值:通过根据JIS C2565使用1GHz的空腔谐振器并且在25℃的环境温度下将绝缘体30插入空腔谐振器中而测量的共振频率和Q值。由于减小了双绞线1中的传输损耗,介电损耗因子优选为落入上述范围。
通常,要求100Mbps的未屏蔽双绞线(J-UTP)具有66MHz下-0.45dB/m以下的值。由此,期望绝缘体30的介电损耗因子为1.0×10-3以下。
[绝缘体的PVC兼容性]
在100℃下与PVC进行接触的PVC兼容性测试期间,绝缘体30具有超过3000小时,优选地,10000小时的外观异常发生时间。
此处,PVC兼容性测试是指其中使用PVC兼容性测量样品并且在100℃下观察电线10的绝缘体30的外观变化的测试。通过将一根电线10以及紧密接触以覆盖电线10的周边的六根PVC覆盖的电线捆束而获得PVC兼容性测量样品。具体地,PVC兼容性测试是指将上述样品放置在100℃下的大气中并且在经过预定时间之后视觉地观察样品的绝缘体30的外观变化这样的测试。
图3是用于测量PVC兼容性的PVC兼容性测量样品的截面图。如图3所示,通过用PVC带3捆束一根电线10C和六根PVC覆盖的电线50而获得PVC兼容性测量样品200,其中,设置一根电线10C用于观察绝缘体30的外观变化,并且六根PVC覆盖的电线50进行紧密接触以覆盖电线10C的外周。
注意,除了电线10C的绝缘体30的材料与PVC覆盖的电线50(50A、50B、50C、50D、50E、50F)的PVC绝缘体60的材料互不相同,电线10C和PVC覆盖的电线50是相似的。
具体地,PVC兼容性测量样品200的电线10C包括0.13sq的导体部20和厚度为0.18mm至0.22mm的绝缘体30,其中,导体部20是分别由铜合金制成的七根单线导体的双绞线,并且绝缘体30通过挤出成型而形成且覆盖导体部20的外周。此外,PVC兼容性测量样品200的PVC覆盖的电线50包括0.13sq的导体部20和PVC绝缘体60,其中,导体部20具有与电线10C的导体部20相似的构造,并且PVC绝缘体60覆盖导体部20的外周并且由厚度为0.2mm的聚氯乙烯制成。
此外,具体地,矢崎公司(YAZAKI Corporation)制造的VTA带(厚度0.135mm、宽度19mm)用作PVC兼容性测量样品200的PVC带3。此外,VTA带以半重叠状态缠绕,并且捆束电线10C和PVC覆盖的电线50。以这样的方式,制造PVC兼容性测量样品200。
在PVC兼容性测试中,将多个PVC兼容性测量样本200在100℃下于大气气氛中放置于烤箱中,并且在经过1000小时、2000小时和3000小时后取出各个PVC兼容性测量样本200。接着,拆解PVC兼容性测量样品200,取出电线10C,并且电线10C沿着自径芯轴的周向被缠绕半周。此处,自径芯轴是指具有与电线10C的直径相同直径的芯轴。电线10C在缠绕于自径芯轴的外周侧上的长度相对于电线10C的中心部分的长度延长1.5倍。
在PVC兼容性测试中,视觉地观察缠绕于自径芯轴的电线10C的绝缘体30以确定是否存在诸如裂缝、裂纹和导体露出这样的外观异常。观察到外观异常所需的时间称作外观异常发生时间。
对于双绞线1的绝缘体30,由于能够获得包括即使与PVC进行接触也具有长的耐热寿命的绝缘体的双绞线1,所以在上述PVC兼容性测试中的外观异常发生时间优选为落入上述范围。
(效果)
根据双绞线1,能够获得包括如下绝缘体的双绞线:该绝缘体具有低介电常数和低介电损耗因子,并且即使在与PVC接触时也具有长的耐热寿命。
[电缆]
图2是根据实施例的电缆的截面图。
如图2所示,电缆100包括双绞线1和覆盖双绞线1的护套2。双绞线1与如图1所示的双绞线1相似。由此,省略双绞线1的描述,并且描述护套2。
(护套)
护套2是用于覆盖双绞线1的部件。护套2保护双绞线1。护套2由聚烯烃树脂组合物制成。
如图2所示,在电缆100中,护套2具有如下结构:其中,护套2的截面具有圆形轮廓,并且双绞线1、1的外周被紧密地覆盖。具体地,护套2具有填充结构。注意,在电缆100的变形例中,电缆可以包括具有管状结构的护套,而不是具有填充结构。具体地,电缆可以包括具有管状结构的护套和容纳在护套中以与护套的内壁表面具有间隙的双绞线1、1。
<聚烯烃树脂组合物>
作为聚烯烃树脂组合物,使用例如聚丙烯、聚乙烯、聚丙烯-聚乙烯共聚物或者热塑弹性体。
(效果)
根据电缆100,能够获得具有低介电常数和低介电损耗因子并且即使在与PVC接触时也具有长的耐热寿命的电缆。
实施例
下文参考实例和比较例详细描述本实施例。然而,本实施例不限于实例。
实例和比较例中使用的材料如下。
均聚丙烯:E100GV(由Prime Polymer Co.,Ltd.制造)
嵌段聚丙烯:E150GK(由Prime Polymer Co.,Ltd.制造)
苯酚系抗氧化剂:AO-20(由ADEKA Corporation制造)
苯酚系抗氧化剂:AO-60(由ADEKA Corporation制造)
硫系抗氧化剂:DSTP(由Mitsubishi Chemical Corporation制造)
亚磷酸盐系抗氧化剂:ADK STAB 2112(由ADEKA Corporation制造)
联氨系铜抑制剂:CDA-10(由ADEKA Corporation制造)
水杨酸系铜抑制剂:CDA-1(由ADEKA Corporation制造)
[实例1]
(电线的制造)
制造构成图1所示的双绞线1的电线10。具体地,制造构成图3所示的PVC兼容性测量样品200的电线10C。电线10C包括:0.13sq的导体部20,其是分别由铜合金制成的七根单线导体的双绞线;以及厚度0.2mm的绝缘体30,其覆盖导体部20的外周。绝缘体30的树脂组合物的组成如表1所示。
(评价)
<绝缘体的相对介电常数>
基于通过根据JIS C2565使用1GHz的空腔谐振器并且在25℃的环境温度下将绝缘体30插入空腔谐振器中而测量的共振频率和Q值,来计算绝缘体30的相对介电常数。
在表1中示出结果。注意,当满足相对介电常数≤2.5时,评价定为“合格”。当满足相对介电常数>2.5时,评价定为“不合格”。注意,表1示出基于相对介电常数的评价和稍后描述的介电损耗因子的评价的组合而给出的总评价。当相对介电常数的评价和介电损耗因子的评价两者都为“合格”时,总评价定为“〇(合格)”。此外,当相对介电常数的评价和介电损耗因子的评价任一者或两者为“不合格”时,总评价定为“×(不合格)”。
<绝缘体的介电损耗因子>
基于通过根据JIS C2565使用1GHz的空腔谐振器并且在25℃的环境温度下将绝缘体30插入空腔谐振器中而测量的共振频率和Q值,来计算绝缘体30的介电损耗因子。
在表1中示出结果。注意,当满足介电损耗因子≤1.0×10-3时,评价定为“合格”。当满足介电损耗因子>1.0×10-3时,评价定为“不合格”。
<绝缘体的PVC兼容性测试>
[PVC兼容性测量样品的制造]
首先,制造如图3所示的PVC兼容性测量样品。通过用PVC带3捆束一根电线10C和六根PVC覆盖的电线50而获得PVC兼容性测量样品200,其中,设置一根电线10C用于观察绝缘体30的外观变化,并且六根PVC覆盖的电线50进行紧密接触以覆盖电线10C的外周。
具体地,形成PVC兼容性测量样品200的电线10C,以包括0.13sq的导体部20和厚度0.18mm至0.22mm的绝缘体30,其中,导体部20是分别由铜合金制成的七根单线导体的双绞线,并且绝缘体30通过挤出成型而形成且覆盖导体部20的外周。此外,PVC兼容性测量样品200的PVC覆盖的电线50形成为包括0.13sq的导体部20和PVC绝缘体60,其中,导体部20具有与电线10C的导体部20相似的构造,并且PVC绝缘体60覆盖导体部20的外周并且由厚度0.2mm的聚氯乙烯制成。
此外,矢崎公司(YAZAKI Corporation)制造的VTA带(厚度0.135mm、宽度19mm)用作PVC兼容性测量样品200的PVC带3。此外,VTA带以半重叠状态缠绕,并且捆束电线10C和PVC覆盖的电线50。以这样的方式,制造PVC兼容性测量样品200。
[PVC兼容性的测量]
将多个PVC兼容性测量样本200在100℃下于大气气氛中放置于烤箱中,并且在经过1000小时、2000小时和3000小时后取出各个PVC兼容性测量样本200。接着,拆解PVC兼容性测量样品200,取出电线10C,并且将电线10C沿着自径芯轴的周向缠绕半周。此处,自径芯轴是指具有与电线10C的直径相同直径的芯轴。电线10C在缠绕于自径芯轴的外周侧上的长度相对于电线10C的中心部分的长度延长1.5倍。
视觉地观察缠绕于自径芯轴的电线10C的绝缘体30以确定是否存在诸如裂缝、裂纹和导体露出这样的外观异常。观察到外观异常所需的时间称作外观异常发生时间。
在表1中示出结果。注意,当在经过1000小时、2000小时和3000小时之后确认所有的PVC兼容性测量样本200都没有诸如裂缝、裂纹和导体露出的外观异常时,评价定为“〇(合格)”。此外,当在经过1000小时、2000小时和3000小时之后在至少一个PVC兼容性测量样本200中确认了诸如裂缝、裂纹和导体露出的外观异常时,评价定为“×(不合格)”。
[表1]
[实例2至16和比较例1至10]
除了绝缘体30的树脂组合物改变为表1至表4所示的组成之外,与实例1相似地制造电线10C并且进行评价。
结果在表1至表4中示出。
[表2]
[表3]
[表4]
如表1至表4所示,理解为在绝缘体的树脂组合物“相对于100质量份的聚丙烯包含4至8质量份的苯酚系抗氧化剂和1.0至3.0质量份的铜抑制剂”的情况下,相对介电常数和介电损耗因子低并且PVC兼容性合格。同时,应理解,在绝缘体的树脂组合物不满足上述条件的情况下,相对介电常数和介电损耗因子中的任一者或两者高或者PVC兼容性不合格。
虽然已经描述了特定实施例,但是这些实施例仅通过示例地方式呈现,并且不意在限制本发明的范围。确实,本文描述的新颖实施例可以以各种其他形式实施;此外,本文描述的实施例的形式中的各种省略、替代和改变可以在不背离本发明的精神的范围内进行。所附的权利要求及其对应物意在覆盖落入本发明的范围和精神内的实施方式或变形例。
Claims (4)
1.一种双绞线,该双绞线通过扭绞两条电线而获得,每条所述电线均包括导体部和覆盖所述导体部的外周的绝缘体,其中,
所述绝缘体由包含聚丙烯、抗氧化剂和铜抑制剂的树脂组合物制成,
在100℃下与PVC进行接触的PVC兼容性测试期间,所述绝缘体具有超过3000小时的外观异常发生时间,并且
所述绝缘体在施加频率1GHz的电场时具有2.0至2.5的相对介电常数和1.0×10-3以下的介电损耗因子。
2.根据权利要求1所述的双绞线,其中,
所述树脂组合物相对于100质量份的聚丙烯包含4至8质量份的苯酚系抗氧化剂和0.5至3.0质量份的铜抑制剂。
3.根据权利要求2所述的双绞线,其中,
所述铜抑制剂包含10质量%至100质量%的水杨酸系铜抑制剂。
4.一种电缆(100),包括:
根据权利要求1至3中任一项所述的双绞线;以及
覆盖所述双绞线的护套,其中,
所述护套由聚烯烃树脂组合物制成。
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