CN115073857A - 一种中压防火电缆用高透光率护套材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及电缆护套技术领域,尤其涉及一种中压防火电缆用高透光率护套材料及其制备方法,包括以下重量份原料:50‑100份改性三元乙丙橡胶、10‑30份乙烯‑醋酸乙烯酯共聚物、5‑15份POE树脂、14‑42份复合阻燃剂、1‑3份热稳定剂和0.5‑1份润滑剂。目的是:用来解决背景技术中指出的现有的中压防火电缆护套采用聚烯烃材料和氢氧化镁和氢氧化铝,由于氢氧化镁和氢氧化铝使用量巨大,造成加工困难,且聚烯烃材料燃烧时,依旧会产生较多的烟雾和有害气体,在火灾中,影响人们的安全撤离和灭火工作问题。

Description

一种中压防火电缆用高透光率护套材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及电缆护套技术领域,尤其涉及一种中压防火电缆用高透光率护套材料及其制备方法。
背景技术
中压防火电缆的电压一般在6-35kv,不同的场所,电压的范围不同。中压电力电缆主要用于高层建筑,地铁、发电厂、核电站、隧道等场所的中压配电系统,随着人们安全意识和环保意识的提高,对电缆在火灾条件下的安全性和环保性提出了更高的要求。
传统的防火电缆护套大多数都是采用聚烯烃和卤素阻燃材料制成,在燃烧时,会产生大量固体小颗粒,形成有毒、有害烟雾,降低了透光率,使发生火灾时,不仅影响人们逃生时的视野,还会对呼吸道造成影响。因此,现在防火电缆主要性能要求为:通过GB12666.6-90950~1000度耐火试验;烟密度透光率≥60%;成品电缆燃烧试验通过IEC60332-3-23及IEC60332-1单根垂直燃烧试验;从而使防火电缆在发生火灾时,为人们提供更多的逃生机会。但普通的中压防火电缆,尤其是电缆护套,基于成本和性能的考虑,依旧会采用聚烯烃材料,只是将卤素阻燃材料更换成无卤阻燃材料,例如现在普遍使用的氢氧化镁和氢氧化铝,虽然在一定程度上能够达到提升烟密度透光率和阻燃的效果,但其使用量通常达到50-70%,造成加工困难,且聚烯烃材料燃烧时,依旧会产生较多的烟雾和有害气体,在火灾中,依旧妨碍了人们的安全撤离和灭火工作。
发明内容
有鉴于此,本发明的目的是提供一种中压防火电缆用高透光率护套材料及其制备方法,用来解决背景技术中指出的现有的中压防火电缆护套采用聚烯烃材料和氢氧化镁和氢氧化铝,由于氢氧化镁和氢氧化铝使用量巨大,造成加工困难,且聚烯烃材料燃烧时,依旧会产生较多的烟雾和有害气体,在火灾中,影响人们的安全撤离和灭火工作问题。
本发明通过以下技术手段解决上述技术问题:
一种中压防火电缆用高透光率护套材料,包括以下重量份原料:50-100份改性三元乙丙橡胶、10-30份乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、5-15份POE树脂、14-42份复合阻燃剂、1-3份热稳定剂和0.5-1份润滑剂。
通过选用改性三元乙丙橡胶为基体材料,再通过加入乙烯-醋酸乙烯酯共聚物和POE树脂调节基体材料的加工性能和粘接性能,使三者能够更好的交联,且由于改性三元乙丙橡胶具有良好的耐老化性、耐腐蚀性、耐水蒸汽性能、电绝缘性能和弹性,使中压防火电缆能够应用于更多的场合,且改性三元乙丙橡胶在燃烧时,没有烟雾产生,能够有效的提升中压防火电缆整体的烟密度透光率,为人们的安全撤离提供了更有利的条件。
通过在改性三元乙丙橡胶中加入复合阻燃剂,一方面,能够降低无机阻燃剂的使用量,从而进一步提升整个材料的加工性能,另一方面,能够起到填充剂和阻燃剂的协同效果,有利于提升护套材料的阻燃、抑烟和物理性能以及化学性能。
进一步,所述复合阻燃剂包括有机阻燃剂和无机阻燃剂,所述有机阻燃剂和无机阻燃剂的质量比为1:(5-15)。
通过有机阻燃剂和无机阻燃剂的相互配合,能够起到协同阻燃的效果,且能够减少无机阻燃剂的使用量。
进一步,所述有机阻燃剂为多聚磷酸铵和有机硅阻燃剂的混合阻燃剂,所述多聚磷酸铵和有机硅阻燃剂的质量比为(1-3):(3.5-7)。
多聚磷酸铵是非卤阻燃剂,具有高效阻燃、环境友好、添加量少、机械性能影响小等优良特点,有机硅阻燃剂是一种高效、低毒、防熔滴、环境友好的无卤阻燃剂,同时,也是一种成炭型抑烟剂,具有良好的阻燃性能、改善基材的加工性能和耐热性能,通过控制多聚磷酸铵和有机硅阻燃剂的质量比,能够起到更好的协同阻燃的效果。
进一步,所述无机阻燃剂为具有多孔结构的无机阻燃剂。
通过多孔结构的无机阻燃剂,能够在使用时,将有机阻燃剂容纳,一方面,起到协同阻燃的效果,另一方面,起到填充剂的效果,从而改善护套材料的烟密度透光性、阻燃性能、物理性能和化学性能。
本发明还公开了一种中压防火电缆用高透光率护套材料的制备方法,使用上述的原材料,包括以下步骤:
S1预处理:将微米级多孔玄武岩置于稀盐酸溶液中,浸泡30-90min,浸泡完成后,干净水冲洗,冲洗后将多孔玄武岩置于干净水中,浸泡1-3h,浸泡过程中,低速搅拌,抽滤、烘干,得到预处理的多孔玄武岩,备用;
S2复合阻燃剂的制备:将经过S1步骤处理的多孔玄武岩置于钛酸酯偶联剂中,加入无机晶须,超声波震荡10-20min,再加入多聚磷酸铵和有机硅阻燃剂的混合物,于45-60℃的条件下,超声波震荡10-30min,震荡完成后,抽滤,烘干,得到复合阻燃剂,备用;
S3预混合:将改性三元乙丙橡胶置于混炼机中,于50-70℃的条件下,混炼3-5min,再加入经过S2步骤制备得到的复合阻燃剂和钛酸酯偶联剂,继续混炼5-10min,得到预混合料,备用;
S4护套材料的制备:将经过S3步骤处理的预混合料转入高速混料机中,于100-120℃的条件下,搅拌5-15min,搅拌完成后,于150-180℃的条件下,加入乙烯-醋酸乙烯酯共聚物和POE树脂,继续搅拌4-8min,搅拌过程中,加入热稳定剂和润滑剂,搅拌完成后,转入双螺杆挤出机中,挤出、造粒、冷却,得到护套材料。
多孔玄武岩具有天然蜂窝状多孔,还具有良好的耐磨、耐腐蚀和耐高温,通过预处理对多孔玄武岩的孔道进行修饰,更有利于容纳无机阻燃剂和有机阻燃剂。
无机晶须用于阻燃剂时,由于其具有结晶水,在遇到火灾时,结晶水先挥发,再由无机化合物起到阻燃的作用,通过多孔玄武岩先将无机晶须吸附、交联,形成无机阻燃剂,再通过吸附了无机晶须的多孔玄武岩将多聚磷酸铵和有机硅阻燃剂的混合物吸附,使多孔玄武岩将无机晶须、多聚磷酸铵和有机硅阻燃剂吸附、交联在其孔道内,形成复合阻燃剂,使复合阻燃剂既具有阻燃效果,又能够起到填充剂的效果,且复合阻燃剂能够协同阻燃、抑烟,有效的提高护套材料的烟密度透光率和阻燃效果。
通过将复合阻燃剂与改性三元乙丙橡胶混炼,一方面,使复合阻燃剂能够更充分的交联在改性三元乙丙橡胶内,避免影响改性三元乙丙橡胶的加工性能,另一方面,能够提升三元乙丙橡胶的机械性能,再通过将乙烯-醋酸乙烯酯共聚物和POE树脂加入改性三元乙丙橡胶内,调节基体材料的加工性能和粘接性能,使三者能够更好的交联,同时,提升护套材料的柔韧性。
进一步,所述S2步骤中,无机晶须为碱式硫酸铜晶须、硫酸镁晶须、氢氧化镁晶须、氧化钛晶须、莫来石晶须中的一种或多种。
通过金属晶须、无机盐晶须和多孔玄武岩的相互配合,一方面,能够提升护套材料的阻燃性能,另一方面,使护套材料还具有抗菌、防潮的作用,使中压防火电缆在阴暗、潮湿处,能够避免护套表面霉变和真菌感染,从而延长护套材料的使用寿命,进而延长中压防火电缆的使用寿命。
进一步,所述S2步骤中,超声波震荡频率为500-1200Hz,波长为420-800um。
通过控制超声波振荡频率和波长,在不影响多孔玄武岩孔道结构和无机晶须的结构下,使无机晶须、多聚磷酸铵和有机硅阻燃剂尽可能均匀吸附、交联在多孔玄武岩内。
进一步,所述S3步骤中,改性三元乙丙橡胶为马来酸酐改性三元乙丙橡胶。
通过马来酸酐改性三元乙丙橡胶,能够提升三元乙丙橡胶与乙烯-醋酸乙烯酯共聚物和POE树脂的相容性和粘接性。
进一步,所述S4步骤中,热稳定剂为钙锌稳定剂和有机锡稳定剂的混合物。
进一步,所述S4步骤中,润滑剂为硬脂酸钙和氧化聚乙烯蜡中的一种或多种。
本发明的有益效果:
1、通过采用燃烧时无烟的三元乙丙橡胶作为基体,配合复合阻燃剂,一方面,能够提升护套材料的烟密度透光率和减小护套材料燃烧时的发烟量,另一方面,能够减小传统阻燃剂的使用量,且能够提升阻燃效果;
2、复合阻燃剂包括有机阻燃剂和无机阻燃剂,通过有机阻燃剂和无机阻燃剂的相互配合,一方面,能够起到协同阻燃的效果,另一方面,能够起到填充剂的效果,能够改善护套材料的物理性能和化学性能,使护套材料,能够在严寒、暴晒、阴暗、潮湿的环境下使用,延长护套材料的使用寿命,从而延长中压防火电缆的使用寿命;
3、有机阻燃剂包括多聚磷酸铵和有机硅阻燃剂,无机阻燃剂为多孔玄武岩吸附无机晶须,通过多孔玄武岩、无机晶须、多聚磷酸铵和有机硅阻燃剂的相互配合,在相同的条件下,阻燃效果更佳,用量更少。
具体实施方式
以下将结合具体实施例对本发明进行详细说明:
本方案中,中压防火电缆用高透光率护套材料,包括以下原料:改性三元乙丙橡胶、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、POE树脂、复合阻燃剂、热稳定剂和润滑剂,通过采用燃烧时,无烟的三元乙丙橡胶作为基体材料,再加入复合阻燃剂,一方面,能够提升护套材料的烟密度透光率,降低烟雾的产生,在火灾中,为人们的安全撤离争取更多的时间,另一方面,能够减少阻燃剂的用量,降低加工难度。再通过加入乙烯-醋酸乙烯酯共聚物和POE树脂,能够有效改善三元乙丙橡胶的加工性能和粘接性能以及机械性能。
实施例1,中压防火电缆用高透光率护套材料的制备一
S1预处理:将9kg 0.6um的多孔玄武岩置于0.1mol/L的稀盐酸溶液中,浸泡30min,浸泡完成后,干净水冲洗3-5次,冲洗后将多孔玄武岩置于足量干净水中,浸泡1h,浸泡过程中,通过搅拌机于20r/min的速度搅拌,搅拌完成后,通过抽滤机抽滤,得到修饰孔道后的多孔玄武岩,再将多孔玄武岩置于烘箱中,于100℃的条件下烘干,得到预处理的多孔玄武岩,备用;
S2复合阻燃剂的制备:将经过S1步骤处理的9kg多孔玄武岩置于足量的钛酸酯偶联剂中,加入4.5kg的碱式硫酸铜晶须、硫酸镁晶须和莫来石晶须混合物,于震荡频率为500-1200Hz,波长为420-800um的超声波条件下震荡20min,再加入0.2kg的多聚磷酸铵和0.7kg的有机硅阻燃剂,于45℃的条件下,继续超声波震荡30min,震荡完成后,通过抽滤机抽滤,于95℃的条件下烘干,得到复合阻燃剂,备用;
S3预混合:将50kg马来酸酐改性三元乙丙橡胶置于混炼机中,于50℃的条件下,混炼3min,再加入14.4kg经过S2步骤制备得到的复合阻燃剂和0.55kg钛酸酯偶联剂,继续混炼5min,得到预混合料,备用;
S4护套材料的制备:将经过S3步骤处理的预混合料转入高速混料机中,于100℃的条件下,搅拌15min,搅拌完成后,于150℃的条件下,加入10kg乙烯-醋酸乙烯酯共聚物和5kgPOE树脂,继续搅拌4min,搅拌过程中,加入1kg钙锌稳定剂和有机锡稳定剂的混合物和0.5kg硬脂酸钙,搅拌完成后,转入双螺杆挤出机中,挤出、造粒、冷却,得到护套材料。
实施例2,中压防火电缆用高透光率护套材料的制备二
S1预处理:将18.5kg 0.6um的多孔玄武岩置于0.1mol/L的稀盐酸溶液中,浸泡60min,浸泡完成后,干净水冲洗3-5次,冲洗后将多孔玄武岩置于足量干净水中,浸泡2h,浸泡过程中,通过搅拌机于20r/min的速度搅拌,搅拌完成后,通过抽滤机抽滤,得到修饰孔道后的多孔玄武岩,再将多孔玄武岩置于烘箱中,于100℃的条件下烘干,得到预处理的多孔玄武岩,备用;
S2复合阻燃剂的制备:将经过S1步骤处理的18.5kg多孔玄武岩置于足量的钛酸酯偶联剂中,加入6.5kg的碱式硫酸铜晶须、硫酸镁晶须和莫来石晶须混合物,于震荡频率为500-1200Hz,波长为420-800um的超声波条件下震荡15min,再加入0.625kg的多聚磷酸铵和1.875kg的有机硅阻燃剂,于50℃的条件下,继续超声波震荡20min,震荡完成后,通过抽滤机抽滤,于95℃的条件下烘干,得到复合阻燃剂,备用;
S3预混合:将80kg马来酸酐改性三元乙丙橡胶置于混炼机中,于60℃的条件下,混炼4min,再加入27.5kg经过S2步骤制备得到的复合阻燃剂和0.84kg钛酸酯偶联剂,继续混炼8min,得到预混合料,备用;
S4护套材料的制备:将经过S3步骤处理的预混合料转入高速混料机中,于110℃的条件下,搅拌10min,搅拌完成后,于165℃的条件下,加入20kg乙烯-醋酸乙烯酯共聚物和10kgPOE树脂,继续搅拌6min,搅拌过程中,加入2kg钙锌稳定剂和有机锡稳定剂的混合物和0.75kg硬脂酸钙,搅拌完成后,转入双螺杆挤出机中,挤出、造粒、冷却,得到护套材料。
实施例3,中压防火电缆用高透光率护套材料的制备三
S1预处理:将26.3kg 0.6um的多孔玄武岩置于0.1mol/L的稀盐酸溶液中,浸泡90min,浸泡完成后,干净水冲洗3-5次,冲洗后将多孔玄武岩置于足量干净水中,浸泡3h,浸泡过程中,通过搅拌机于20r/min的速度搅拌,搅拌完成后,通过抽滤机抽滤,得到修饰孔道后的多孔玄武岩,再将多孔玄武岩置于烘箱中,于100℃的条件下烘干,得到预处理的多孔玄武岩,备用;
S2复合阻燃剂的制备:将经过S1步骤处理的26.3kg多孔玄武岩置于足量的钛酸酯偶联剂中,加入8.7kg的碱式硫酸铜晶须、硫酸镁晶须和莫来石晶须混合物,于震荡频率为500-1200Hz,波长为420-800um的超声波条件下震荡10min,再加入2.1kg的多聚磷酸铵和4.9kg的有机硅阻燃剂,于60℃的条件下,继续超声波震荡10min,震荡完成后,通过抽滤机抽滤,于95℃的条件下烘干,得到复合阻燃剂,备用;
S3预混合:将100kg马来酸酐改性三元乙丙橡胶置于混炼机中,于70℃的条件下,混炼5min,再加入42kg经过S2步骤制备得到的复合阻燃剂和1.1kg钛酸酯偶联剂,继续混炼10min,得到预混合料,备用;
S4护套材料的制备:将经过S3步骤处理的预混合料转入高速混料机中,于120℃的条件下,搅拌5min,搅拌完成后,于180℃的条件下,加入30kg乙烯-醋酸乙烯酯共聚物和15kgPOE树脂,继续搅拌8min,搅拌过程中,加入3kg钙锌稳定剂和有机锡稳定剂的混合物和1kg硬脂酸钙,搅拌完成后,转入双螺杆挤出机中,挤出、造粒、冷却,得到护套材料。
实施例4(对比实施例1),中压防火电缆用高透光率护套材料的制备四
S1预混合:将100kg马来酸酐改性三元乙丙橡胶置于混炼机中,于70℃的条件下,混炼5min,再加入42kg碱式硫酸铜晶须、硫酸镁晶须、莫来石晶须、多聚磷酸铵和有机硅阻燃剂的混合物,再加入1.1kg钛酸酯偶联剂,继续混炼10min,得到预混合料,备用;
S2护套材料的制备:将经过上述步骤处理的预混合料转入高速混料机中,于120℃的条件下,搅拌5min,搅拌完成后,于180℃的条件下,加入30kg乙烯-醋酸乙烯酯共聚物和15kgPOE树脂,继续搅拌8min,搅拌过程中,加入3kg钙锌稳定剂和有机锡稳定剂的混合物和1kg硬脂酸钙,搅拌完成后,转入双螺杆挤出机中,挤出、造粒、冷却,得到护套材料。
实施例5(对比实施例2),中压防火电缆用高透光率护套材料的制备五
护套材料的制备:将100kg马来酸酐改性三元乙丙橡胶置于高速混料机中,于120℃的条件下,搅拌5min,搅拌完成后,加入42kg碱式硫酸铜晶须、硫酸镁晶须、莫来石晶须、多聚磷酸铵和有机硅阻燃剂的混合物,再于180℃的条件下,加入30kg乙烯-醋酸乙烯酯共聚物和15kgPOE树脂,继续搅拌8min,搅拌过程中,加入3kg钙锌稳定剂和有机锡稳定剂的混合物和1kg硬脂酸钙,搅拌完成后,转入双螺杆挤出机中,挤出、造粒、冷却,得到护套材料。
通过对实施例1-5制备出的中压防火电缆用护套材料进行烟密度透光率、耐火度、极限氧指数、抗菌性(于湿度为45-50%的阴暗条件下测试)、拉伸强度进行测试,测试结果如下表所示:
项目 实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 实施例5 市面上普通的中压防火电缆护套
烟密度透光率% 79.5 80.4 79.6 71.6 64.5 61.2
耐火度/℃ 205 210 208 185 178 162
极限氧指数(GB2406-80) 27.8 28.1 28.3 26.9 26.1 23.4
抗菌性(90d) 表面无菌落 表面无菌落 表面无菌落 表面无菌落 表面无菌落 表面存在部分菌落群
拉伸强度/MPa 36.2 36.5 36.1 35.4 35.1 33.8
通过表中的数据可知,实施例1-3中制备出的护套材料具有更好的烟密度透光率,平均烟密度透光率为79.8,远高于国家标准和市面上其他中压防火电缆的护套材料,说明,本方案中,通过选用改性三元乙丙橡胶和复合阻燃剂的相互配合,能够明显提高中压防火电缆用护套材料的烟密度透光率,且本方案中,复合阻燃剂的使用量相对氢氧化镁和氢氧化铝来说,用量更少,一方面,说明本方案中复合阻燃剂能够起到协同阻燃的作用,另一方面,能够相对降低使用成本。且相对实施例1-3,实施例4-5中,护套材料的烟密度透光率明显降低,说明本方案中,通过对复合阻燃剂的制备,能够提升护套材料烟密度透光率。
通过表中数据可知,实施例1-3相对实施例4-5以及市面上普通的中压防火电缆护套,在耐火度、极限氧指数和拉伸强度上,有明显的提高,说明,本方案,不仅能够提高护套材料的阻燃性能,还能够提升护套材料的物理性能。且通过复合阻燃剂的选用,还能够提升护套材料的抗菌性能,使中压防火电缆能够在阴暗、潮湿环境下,延长使用寿命,同时提高安全性能。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制,尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明,本领域的普通技术人员应当理解,可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换,而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围,其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。本发明未详细描述的技术、形状、构造部分均为公知技术。

Claims (10)

1.一种中压防火电缆用高透光率护套材料,其特征在于,包括以下重量份原料:50-100份改性三元乙丙橡胶、10-30份乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、5-15份POE树脂、14-42份复合阻燃剂、1-3份热稳定剂和0.5-1份润滑剂。
2.根据权利要求1所述的一种中压防火电缆用高透光率护套材料,其特征在于,所述复合阻燃剂包括有机阻燃剂和无机阻燃剂,所述有机阻燃剂和无机阻燃剂的质量比为1:(5-15)。
3.根据权利要求2所述的一种中压防火电缆用高透光率护套材料,其特征在于,所述有机阻燃剂为多聚磷酸铵和有机硅阻燃剂的混合阻燃剂,所述多聚磷酸铵和有机硅阻燃剂的质量比为(1-3):(3.5-7)。
4.根据权利要求2所述的一种中压防火电缆用高透光率护套材料,其特征在于,所述无机阻燃剂为具有多孔结构的无机阻燃剂。
5.一种中压防火电缆用高透光率护套材料的制备方法,其特征在于,使用如权利要求1-4任一所述的原材料,包括以下步骤:
S1预处理:将微米级多孔玄武岩置于稀盐酸溶液中,浸泡30-90min,浸泡完成后,干净水冲洗,冲洗后将多孔玄武岩置于干净水中,浸泡1-3h,浸泡过程中,低速搅拌,抽滤、烘干,得到预处理的多孔玄武岩,备用;
S2复合阻燃剂的制备:将经过S1步骤处理的多孔玄武岩置于钛酸酯偶联剂中,加入无机晶须,超声波震荡10-20min,再加入多聚磷酸铵和有机硅阻燃剂的混合物,于45-60℃的条件下,超声波震荡10-30min,震荡完成后,抽滤,烘干,得到复合阻燃剂,备用;
S3预混合:将改性三元乙丙橡胶置于混炼机中,于50-70℃的条件下,混炼3-5min,再加入经过S2步骤制备得到的复合阻燃剂和钛酸酯偶联剂,继续混炼5-10min,得到预混合料,备用;
S4护套材料的制备:将经过S3步骤处理的预混合料转入高速混料机中,于100-120℃的条件下,搅拌5-15min,搅拌完成后,于150-180℃的条件下,加入乙烯-醋酸乙烯酯共聚物和POE树脂,继续搅拌4-8min,搅拌过程中,加入热稳定剂和润滑剂,搅拌完成后,转入双螺杆挤出机中,挤出、造粒、冷却,得到护套材料。
6.根据权利要求5所述的一种中压防火电缆用高透光率护套材料的制备方法,其特征在于,所述S2步骤中,无机晶须为碱式硫酸铜晶须、硫酸镁晶须、氢氧化镁晶须、氧化钛晶须、莫来石晶须中的一种或多种。
7.根据权利要求5所述的一种中压防火电缆用高透光率护套材料的制备方法,其特征在于,所述S2步骤中,超声波震荡频率为500-1200Hz,波长为420-800um。
8.根据权利要求5所述的一种中压防火电缆用高透光率护套材料的制备方法,其特征在于,所述S3步骤中,改性三元乙丙橡胶为马来酸酐改性三元乙丙橡胶。
9.根据权利要求5所述的一种中压防火电缆用高透光率护套材料的制备方法,其特征在于,所述S4步骤中,热稳定剂为钙锌稳定剂和有机锡稳定剂的混合物。
10.根据权利要求5所述的一种中压防火电缆用高透光率护套材料的制备方法,其特征在于,所述S4步骤中,润滑剂为硬脂酸钙和氧化聚乙烯蜡中的一种或两种。
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