CN114456602B - 一种精密模具用硅橡胶印模材料 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种精密模具用硅橡胶印模材料,所述印模材料的制备原料包括基质组分和催化组分,基质组分按重量份包括:乙烯基硅油10‑30份、VQM树脂5‑15份、白炭黑1‑5份、含氢硅油5‑10份、半补强填料30‑50份、脱模剂5‑10份、硫化延迟剂0.1‑0.5份;催化组分按重量份包括:乙烯基硅油10‑30份、VQM树脂5‑15份、白炭黑1‑5份、铂金催化剂0.1‑0.5份、半补强填料30‑50份、二甲基硅油2‑4份、润滑剂1‑3份、脱模剂5‑10份。本发明提供的一种精密模具用硅橡胶印模材料,该印模材料具有收缩率小,回弹性好,不形变,细微复制清晰的优点。
Description
技术领域
本发明属于硅橡胶技术领域,尤其涉及一种精密模具用硅橡胶印模材料。
背景技术
仪器仪表、通讯产品、家用电器、光学器材、办公用具、汽车零件、玩具等行业的产品大量应用塑料制作外形壳体,不仅几何造型复杂,而且其内壁常因安装零部件的关系而对尺寸与形位精度要求很高。因此,新产品图纸设计好后,一般要验证设计图纸的正确性,同时又希望制造出数十至数百件样品,以满足新产品设计定型的要求。此时就有这样一些问题:(1)面对形状复杂、尺寸较大、精度较高的塑料件图纸,在未验证其正确性之前,立即制造金属模具,设计师往往担心在模具制造完毕后再作修改将致使新模具遭到损坏,较大的修改甚至造成模具的报废;(2)由于金属模具的制造周期长,所以直接影响新产品的开发速度,过去曾使用锌合金模、铍铜合金模作为试样模具,与钢模相比虽然加工要方便些,成本也低,便于修改,但机械加工量相差不多,还不理想。
硅橡胶材料具有优异的仿真性、脱模性和极低的收缩率,并具有加工成型方便以及耐热老化等特点,因此成为一种优良的印模材料。印模是用于记录或重现物体外形的阴模,取制印模时选用的材料称为印模材料。因此,印模材料需要具备足够的压缩强度和撕裂强度,细节再现性和尺寸稳定性,与模型配伍性好,有合适充足的操作时间和凝固时间。
根据硫化温度的不同,硅橡胶材料可分为高温硫化硅橡胶和室温硫化硅橡胶两大类。其中,室温硫化硅橡胶已经广泛应用于各个领域,如玻璃密封胶、粘结剂、印模材料等。这其中,加成型室温硫化硅橡胶又是以乙烯基硅油为基础胶料,用含Si-H键的含氢硅油作交联剂,在金属铂催化剂的参与下,进行硅氢化加成反应,交联成为弹性体的一种室温硫化的硅橡胶印模材料。
多数室温硫化的硅橡胶印模材料在固化时,由于分子间的交联都会引起轻微地收缩形变,影响了印模精度。同时为了能够在不同情况下完整的取出印模,印模材料通常还都要求具有一定的弹性,但实际的弹性印模材料在受力使其超过弹性恢复临界点时,会发生永久形变,进一步影响了印模精度。因此为了获得一种精密模具用的硅橡胶印模材料,除了要求保证尺寸稳定以外,还要求有极好的弹性恢复能力,同时要求具有良好的机械性能。
发明内容
基于上述技术问题,本发明提供了一种精密模具用硅橡胶印模材料,该硅橡胶印模材料具有收缩率小,回弹性好,不形变,细微复制清晰的优点。
本发明提出的一种精密模具用硅橡胶印模材料,其制备原料包括基质组分和催化组分;
基质组分按重量份包括:乙烯基硅油10-30份、VQM树脂5-15份、白炭黑1-5份、含氢硅油5-10份、半补强填料30-50份、脱模剂5-10份、硫化延迟剂0.1-0.5份;
催化组分按重量份包括:乙烯基硅油10-30份、VQM树脂5-15份、白炭黑1-5份、铂金催化剂0.1-0.5份、半补强填料30-50份、二甲基硅油2-4份、润滑剂1-3份、脱模剂5-10份。
上述印模材料是以乙烯基硅油为基础胶料,含氢硅油为交联剂,在金属铂催化剂的参与下进行硅氢化加成反应,最终交联成为一种弹性体印模材料。这其中,将VQM树脂复配白炭黑作为补强剂,二者可以与硅橡胶形成化学结合,不仅增加交联密度以便受力时可以更好分散应力,而且可以使所得硅橡胶具有良好的流动性,在获得良好印模精度的同时,保持优异的固化强度、弹性回复性和尺寸稳定性。
优选地,所述乙烯基硅油的乙烯基含量为0.2-0.8mol%,粘度为1000-50000mPa·s。
本发明选择乙烯基含量为0.2-0.8mol%,粘度为1000-50000mPa·s的乙烯基硅油,可以有效改善乙烯基硅油固化后的机械性能。
优选地,所述乙烯基硅油为包括线性甲基乙烯基硅油和线性甲基苯基乙烯基硅油的混合物,二者的重量配比为1-4:1。
不同取代基的线性乙烯基硅油将使硅橡胶的性质发生很大变化,线性甲基乙烯基硅油,其甲基取代基较小,规整度较高,可以使固化后硅橡胶具有较高的弹性和断裂伸长率,而线性甲基苯基乙烯基硅油,其苯基取代基的大分子刚性特征则可以增加固化后硅橡胶的硬度。本发明中控制二者的重量配比为1-4:1,可以使所得硅橡胶印模的机械性能更加优异。
优选地,所述白炭黑为气相法白炭黑,比表面积为150-300m2/g,所述白炭黑为经过表面疏水处理过的白炭黑。
优选地,所述VQM树脂与气相法白炭黑的重量配比为1:0.2-0.4。
由于白炭黑的用量对硅橡胶流变性能有较大影响,本发明通过控制VQM树脂与白炭黑的重量配比,既使得VQM树脂与白炭黑的补强作用最佳,又改善了胶料的流动性,使得被印模材料的细微结构都能被清晰印出不变形。
本发明在具体实施方式中,VQM树脂选择为VQM 900系列产品,该系列产品是乙烯基QM树脂和乙烯基硅油的混合物。VQM 903树脂中,VQM树脂含量为20wt%,粘度在25℃时为10000mPa.s,乙烯基含量为0.18mmol/g。
优选地,所述含氢硅油为包括侧链含氢硅油和端含氢硅油的混合物,其中,所述侧链含氢硅油的含氢量为0.5-1.0%,所述端含氢硅油的含氢量为0.1-0.3%;
优选地,所述侧链含氢硅油和端含氢硅油的重量配比为1:0.3-0.5。
含氢硅油中的硅氢键与乙烯基硅油中的乙烯基进行交联,使线性硅油交联成网状结构,从而其具有一定的机械强度。本发明选用侧链含氢硅油和端含氢硅油的混合物作为含氢硅油,并控制二者的含氢量和配比,如此使得固化速度适中,又能增加固化后硅橡胶的柔韧性和强度,并获得良好的拉伸强度和撕裂强度。
优选地,所述半补强填料为硅微粉、石英粉、纳米级活性碳酸钙或滑石粉中的至少一种;
优选地,所述硅微粉、石英粉或滑石粉的粒径为3-10μm。
相比于单一填料,多种填料配合使用的力学改进效果更好;本发明中同时选择两种或者两种以上的填料,不仅有效提高了固化后硅橡胶印模材料的机械强度以及硬度,而且复制出的模型更加精细。
优选地,所述铂金催化剂的铂有效含量为10000-20000ppm。
使用铂金含量高的催化剂来提高印模材料的固化速度,并且使其保质期会更长。
优选地,所述脱模剂为医用级白油或液体石蜡。
优选地,所述硫化延迟剂为有机硅类抑制剂或炔醇类抑制剂,其中,所述有机硅类抑制剂为四甲基二乙烯基二硅氧烷或四甲基四乙烯基环四硅氧烷,所述炔醇类抑制剂为1-乙炔基环己醇;
优选地,所述硫化延迟剂为1-乙炔基环己醇。
相对有机硅类抑制剂,硫化延迟剂选择为炔醇类抑制剂,其在本发明配方中的固化抑制效果更好。
优选地,所述基质组分与催化组分的重量配比为1-3:1-3。
优选地,所述硅橡胶印模材料的制备方法包括:
(1)基质组分的制备:按重量份将乙烯基硅油、VQM树脂、白炭黑、含氢硅油、半补强填料、脱模剂和硫化延迟剂搅拌混合均匀;
(2)催化组分的制备:按重量份将乙烯基硅油、VQM树脂、白炭黑、铂金催化剂、半补强填料、二甲基硅油、增塑剂和脱模剂搅拌混合均匀。
本发明提出的一种精密模具用硅橡胶印模材料,其操作简单,工艺简便,固化时间,弹性回复,拉伸强度,撕裂强度,邵氏硬度等都达到要求,降低印模材料的体积收缩率的同时,提高尺寸稳定性,材料复制精确度高,印模细微复制清晰,永久不变形。
具体实施方式
下面,本发明通过具体实施例对所述技术方案进行详细说明,但是应该明确提出这些实施例用于举例说明,但是不解释为限制本发明的范围。
实施例1
本实施例提出一种精密模具用硅橡胶印模材料,其是通过下述方法制备得到:
将120g线性甲基乙烯基硅油(粘度为2000mPa.s)和70g线性甲基苯基乙烯基硅油(粘度为20000mPa.s),100g VQM903树脂,30g疏水型气相法白炭黑(比表面积为180m2/g),60g(侧链)含氢硅油(Si-H键含量为0.7%),20g端含氢硅油(Si-H键含量为0.2%),50g纳米级活性碳酸钙,200g硅微粉(粒径为1500目),150g石英粉(粒径为1500目),60g医用级白油以及3g 1-乙炔基环己醇加入双行星搅拌机中,真空下于室温搅拌均匀,脱除气泡后,得到腻子状的基质组分;
将100g线性甲基乙烯基硅油(粘度为2000mPa.s)和80g线性甲基苯基乙烯基硅油(粘度为20000mPa.s),100g VQM903树脂、20g疏水型气相法白炭黑(比表面积为180m2/g),3g铂金催化剂(铂有效含量为10000ppm),50g纳米级活性碳酸钙,200g硅微粉(1500目),150g石英粉(1500目),30g二甲基硅油,20g聚乙二醇(润滑剂)以及60g医用级白油加入在双行星搅拌机中,真空下于室温搅拌均匀,脱除气泡后,得到腻子状的催化组分;
称取等量的基质组分和催化组分手捏混合均匀,得到所述硅橡胶印模材料,测试所述硅橡胶印模材料的性能。
实施例2
本实施例提出一种精密模具用硅橡胶印模材料,其是通过下述方法制备得到:
将50g线性甲基乙烯基硅油(粘度为2000mPa.s)和50g线性甲基苯基乙烯基硅油(粘度为7000mPa.s),50gVQM903树脂,20g疏水型气相法白炭黑(比表面积为180m2/g),35g(侧链)含氢硅油(Si-H键含量为0.7%),15g端含氢硅油(Si-H键含量为0.2%),150g纳米级活性碳酸钙,150g硅微粉(粒径为1500目),50g医用级白油以及1g 1-乙炔基环己醇加入双行星搅拌机中,真空下于室温搅拌均匀,脱除气泡后,得到腻子状的基质组分;
将60g线性甲基乙烯基硅油(粘度为2000mPa.s)和60g线性甲基苯基乙烯基硅油(粘度为7000mPa.s),80gVQM903树脂、20g疏水型气相法白炭黑(比表面积为180m2/g),1g铂金催化剂(铂有效含量为20000ppm),100g纳米级活性碳酸钙,200g硅微粉(1500目),20g二甲基硅油,10g聚乙二醇(润滑剂)以及50g医用级白油加入在双行星搅拌机中,真空下于室温搅拌均匀,脱除气泡后,得到腻子状的催化组分;
称取等量的基质组分和催化组分手捏混合均匀,得到所述硅橡胶印模材料,测试所述硅橡胶印模材料的性能。
实施例3
本实施例提出一种精密模具用硅橡胶印模材料,其是通过下述方法制备得到:
将240g线性甲基乙烯基硅油(粘度为1000mPa.s)和60g线性甲基苯基乙烯基硅油(粘度为20000mPa.s),150g VQM903树脂,30g疏水型气相法白炭黑(比表面积为180m2/g),70g(侧链)含氢硅油(Si-H键含量为0.7%),30g端含氢硅油(Si-H键含量为0.2%),100g纳米级活性碳酸钙,400g石英粉(粒径为1500目),100g液体石蜡以及5g 1-乙炔基环己醇加入双行星搅拌机中,真空下于室温搅拌均匀,脱除气泡后,得到腻子状的基质组分;
将200g线性甲基乙烯基硅油(粘度为1000mPa.s)和50g线性甲基苯基乙烯基硅油(粘度为20000mPa.s),120g VQM903树脂、24g疏水型气相法白炭黑(比表面积为180m2/g),5g铂金催化剂(铂有效含量为10000ppm),50g纳米级活性碳酸钙,200g硅微粉(1500目),150g石英粉(1500目),40g二甲基硅油,30g聚乙二醇(润滑剂)以及100g液体石蜡加入在双行星搅拌机中,真空下于室温搅拌均匀,脱除气泡后,得到腻子状的催化组分;
称取等量的基质组分和催化组分手捏混合均匀,得到所述硅橡胶印模材料,测试所述硅橡胶印模材料的性能。
实施例4
本实施例提出一种精密模具用硅橡胶印模材料,其是通过下述方法制备得到:
将140g线性甲基乙烯基硅油(粘度为2000mPa.s)和70g线性甲基苯基乙烯基硅油(粘度为20000mPa.s),90gVQM903树脂,30g疏水型气相法白炭黑(比表面积为180m2/g),70g(侧链)含氢硅油(Si-H键含量为0.7%),30g端含氢硅油(Si-H键含量为0.2%),100g纳米级活性碳酸钙,80g硅微粉(粒径为1500目),160g石英粉(粒径为1500目),80g医用级白油以及2g 1-乙炔基环己醇加入双行星搅拌机中,真空下于室温搅拌均匀,脱除气泡后,得到腻子状的基质组分;
将150g线性甲基乙烯基硅油(粘度为2000mPa.s)和50g线性甲基苯基乙烯基硅油(粘度为20000mPa.s),120g VQM903树脂、40g疏水型气相法白炭黑(比表面积为180m2/g),3g铂金催化剂(铂有效含量为10000ppm),180g硅微粉(1500目),180g石英粉(1500目),40g二甲基硅油,20g聚乙二醇(润滑剂)以及60g医用级白油加入在双行星搅拌机中,真空下于室温搅拌均匀,脱除气泡后,得到腻子状的催化组分;
称取等量的基质组分和催化组分手捏混合均匀,得到所述硅橡胶印模材料,测试所述硅橡胶印模材料的性能。
对比例1
本对比例提出一种精密模具用硅橡胶印模材料,其是通过下述方法制备得到:
将120g线性甲基乙烯基硅油(粘度为2000mPa.s)和70g线性甲基苯基乙烯基硅油(粘度为20000mPa.s),45gVQM903树脂,85g疏水型气相法白炭黑(比表面积为180m2/g),60g(侧链)含氢硅油(Si-H键含量为0.7%),20g端含氢硅油(Si-H键含量为0.2%),50g纳米级活性碳酸钙,200g硅微粉(粒径为1500目),150g石英粉(粒径为1500目),60g医用级白油以及3g 1-乙炔基环己醇加入双行星搅拌机中,真空下于室温搅拌均匀,脱除气泡后得到腻子状的基质组分;
将100g线性甲基乙烯基硅油(粘度为2000mPa.s)和80g线性甲基苯基乙烯基硅油(粘度为20000mPa.s),40gVQM903树脂,80g疏水型气相法白炭黑(比表面积为180m2/g),3g铂金催化剂(铂有效含量为10000ppm),50g纳米级活性碳酸钙,200g硅微粉(1500目),150g石英粉(1500目),30g二甲基硅油,20g聚乙二醇(润滑剂)以及60g医用级白油加入在双行星搅拌机中,真空下于室温搅拌均匀,脱除气泡后,得到腻子状的催化组分;
称取等量的基质组分和催化组分手捏混合均匀,得到所述硅橡胶印模材料,测试所述硅橡胶印模材料的性能。
对比例2
本对比例提出一种精密模具用硅橡胶印模材料,其是通过下述方法制备得到:
将120g线性甲基乙烯基硅油(粘度为2000mPa.s)和70g线性甲基苯基乙烯基硅油(粘度为20000mPa.s),90gVQM903树脂,40g疏水型气相法白炭黑(比表面积为180m2/g),60g(侧链)含氢硅油(Si-H键含量为0.7%),20g端含氢硅油(Si-H键含量为0.2%),50g纳米级活性碳酸钙,200g硅微粉(粒径为1500目),150g石英粉(粒径为1500目),60g医用级白油以及3g 1-乙炔基环己醇加入双行星搅拌机中,真空下于室温搅拌均匀,脱除气泡后,得到腻子状的基质组分;
将100g线性甲基乙烯基硅油(粘度为20000mPa.s)和80g线性甲基苯基乙烯基硅油(粘度为20000mPa.s),80g VQM903树脂、40g疏水型气相法白炭黑(比表面积为180m2/g),3g铂金催化剂(铂有效含量为10000ppm),50g纳米级活性碳酸钙,200g硅微粉(1500目),150g石英粉(1500目),30g二甲基硅油,20g聚乙二醇(润滑剂)以及60g医用级白油加入在双行星搅拌机中,真空下于室温搅拌均匀,脱除气泡后,得到腻子状的催化组分;
称取等量的基质组分和催化组分手捏混合均匀,得到所述硅橡胶印模材料,测试所述硅橡胶印模材料的性能。
对比例3
本对比例提出一种精密模具用硅橡胶印模材料,其是通过下述方法制备得到:
将70g线性甲基乙烯基硅油(粘度为2000mPa.s)和120g线性甲基苯基乙烯基硅油(粘度为20000mPa.s),100g VQM903树脂,30g疏水型气相法白炭黑(比表面积为180m2/g),60g(侧链)含氢硅油(Si-H键含量为0.7%),20g端含氢硅油(Si-H键含量为0.2%),50g纳米级活性碳酸钙,200g硅微粉(粒径为1500目),150g石英粉(粒径为1500目),60g医用级白油以及3g 1-乙炔基环己醇加入双行星搅拌机中,真空下于室温搅拌均匀,脱除气泡后,得到腻子状的基质组分;
将80g线性甲基乙烯基硅油(粘度为2000mPa.s)和100g线性甲基苯基乙烯基硅油(粘度为20000mPa.s),100g VQM903树脂、20g疏水型气相法白炭黑(比表面积为180m2/g),3g铂金催化剂(铂有效含量为10000ppm),50g纳米级活性碳酸钙,200g硅微粉(1500目),150g石英粉(1500目),30g二甲基硅油,20g聚乙二醇(润滑剂)以及60g医用级白油加入在双行星搅拌机中,真空下于室温搅拌均匀,脱除气泡后,得到腻子状的催化组分;
称取等量的基质组分和催化组分手捏混合均匀,得到所述硅橡胶印模材料,测试所述硅橡胶印模材料的性能。
对比例4
本对比例提出一种精密模具用硅橡胶印模材料,其是通过下述方法制备得到:
将120g线性甲基乙烯基硅油(粘度为2000mPa.s)和70g线性甲基苯基乙烯基硅油(粘度为20000mPa.s),100g VQM903树脂,30g疏水型气相法白炭黑(比表面积为180m2/g),40g(侧链)含氢硅油(Si-H键含量为0.7%),40g端含氢硅油(Si-H键含量为0.2%),50g纳米级活性碳酸钙,200g硅微粉(粒径为1500目),150g石英粉(粒径为1500目),60g医用级白油以及3g 1-乙炔基环己醇加入双行星搅拌机中,真空下于室温搅拌均匀,脱除气泡后,得到腻子状的基质组分;
将100g线性甲基乙烯基硅油(粘度为2000mPa.s)和80g线性甲基苯基乙烯基硅油(粘度为20000mPa.s),100g VQM903树脂、20g疏水型气相法白炭黑(比表面积为180m2/g),3g铂金催化剂(铂有效含量为10000ppm),50g纳米级活性碳酸钙,200g硅微粉(1500目),150g石英粉(1500目),30g二甲基硅油,20g聚乙二醇(润滑剂)以及60g医用级白油加入在双行星搅拌机中,真空下于室温搅拌均匀,脱除气泡后,得到腻子状的催化组分;
称取等量的基质组分和催化组分手捏混合均匀,得到所述硅橡胶印模材料,测试所述硅橡胶印模材料的性能。
性能测试:
对上述实施例和对比例所得的硅橡胶印模材料进行性能测试,结果见下表1、表2:
表1实施例和对比例所得硅橡胶印模材料的力学性能
表2实施例和对比例所得硅橡胶印模材料的印模性能
由表1、2看出,本发明所述硅橡胶印模材料,具有合适的操作时间、固化速度、良好的力学强度、优异的尺寸稳定性和细节再现性等性能。
以上所述,仅为本发明较佳的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变,都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (11)
1.一种精密模具用硅橡胶印模材料,其特征在于,其制备原料包括基质组分和催化组分;
基质组分按重量份包括:乙烯基硅油10-30份、VQM树脂5-15份、白炭黑1-5份、含氢硅油5-10份、半补强填料30-50份、脱模剂5-10份、硫化延迟剂0.1-0.5份;
催化组分按重量份包括:乙烯基硅油10-30份、VQM树脂5-15份、白炭黑1-5份、铂金催化剂0.1-0.5份、半补强填料30-50份、二甲基硅油2-4份、润滑剂1-3份、脱模剂5-10份;
所述乙烯基硅油为包括线性甲基乙烯基硅油和线性甲基苯基乙烯基硅油的混合物,二者的重量配比为1-4:1;
所述VQM树脂与气相法白炭黑的重量配比为1:0.2-0.4;
所述含氢硅油为包括侧链含氢硅油和端含氢硅油的混合物,其中,所述侧链含氢硅油的含氢量为0.5-1.0%,所述端含氢硅油的含氢量为0.1-0.3%;所述侧链含氢硅油和端含氢硅油的重量配比为1:0.3-0.5。
2.根据权利要求1所述的精密模具用硅橡胶印模材料,其特征在于,所述乙烯基硅油的乙烯基含量为0.2-0.8mol%,粘度为1000-50000mPa·s。
3.根据权利要求1或2所述的精密模具用硅橡胶印模材料,其特征在于,所述白炭黑为气相法白炭黑,比表面积为150-300m2/g。
4.根据权利要求1或2所述的精密模具用硅橡胶印模材料,其特征在于,所述半补强填料为硅微粉、石英粉、纳米级活性碳酸钙或滑石粉中的至少一种。
5.根据权利要求4所述的精密模具用硅橡胶印模材料,其特征在于,所述硅微粉、石英粉或滑石粉的粒径为3-10μm。
6.根据权利要求1或2所述的精密模具用硅橡胶印模材料,其特征在于,所述铂金催化剂的铂有效含量为10000-20000ppm。
7.根据权利要求1或2所述的精密模具用硅橡胶印模材料,其特征在于,所述脱模剂为医用级白油或液体石蜡。
8.根据权利要求1或2所述的精密模具用硅橡胶印模材料,其特征在于,所述硫化延迟剂为有机硅类抑制剂或炔醇类抑制剂,其中,所述有机硅类抑制剂为四甲基二乙烯基二硅氧烷或四甲基四乙烯基环四硅氧烷,所述炔醇类抑制剂为1-乙炔基环己醇。
9.根据权利要求1或2所述的精密模具用硅橡胶印模材料,其特征在于,所述硫化延迟剂为1-乙炔基环己醇。
10.根据权利要求1或2所述的精密模具用硅橡胶印模材料,其特征在于,所述基质组分与催化组分的重量配比为1-3:1-3。
11.根据权利要求1或2所述的精密模具用硅橡胶印模材料,其特征在于,所述硅橡胶印模材料的制备方法包括:
(1)基质组分的制备:按重量份将乙烯基硅油、VQM树脂、白炭黑、含氢硅油、半补强填料、脱模剂和硫化延迟剂搅拌混合均匀;
(2)催化组分的制备:按重量份将乙烯基硅油、VQM树脂、白炭黑、铂金催化剂、半补强填料、二甲基硅油、润滑剂和脱模剂搅拌混合均匀。
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