CN116175727B - 一种仿生重组竹的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种仿生重组竹的制备方法，具体包括以下步骤：S1、竹丝帘制备，S2、竹丝帘的预处理，S3、仿生混合胶液的制备，S4、浸胶干燥，S5、组坯，S6、熔融预压渗透，S7、热压成型：对预压板坯进行热压，得到仿生重组竹；该方法可将由胶黏剂和仿生改性剂混合制得的仿生混合胶液充分渗透到竹纤维间隙及内部，可将巴西棕榈蜡和亚硫酸化棕榈油充分填充到成型后的重组竹内，制得的仿生重组竹具有亲肤、细腻、光滑的厚实感，对实木的仿生性强，可有效减少大径级原木的砍伐，促进人们对森林的保护，档次高，可应用于中高档的场所中，附加值高。

Description

一种仿生重组竹的制备方法
技术领域
本发明涉及竹材加工技术领域，具体的说是一种仿生重组竹的制备方法。
背景技术
随着社会的发展，各国对环境保护的重视程度不断增加，全球木材供应逐渐降低，竹资源的合理利用与开发越来越受到重视，竹产品正在成为发达国家和地区的重要消费品之一。我国竹资源培育和加工利用技术引领世界，在全球竹产业中占据举足轻重的地位。目前，中国竹业已形成了一个由资源培育、加工利用到出口贸易，再到竹业生态旅游的颇具潜力和活力的新兴产业。
由于竹子的外观造型，以及它的空心构造，使得在竹材的应用方面受到了很大的限制，而重组竹的出现与应用，大大的打破了这一局限，使竹材得以广泛的应用于家居、建筑等行业，可有效缓解木材资源短缺的现状。现有的重组竹通常是将竹子碾压成竹丝束，依次经历干燥、浸胶、再干燥后，经组坯热压成型，形成重组竹方材。重组竹方材经锯切、拼接后，可生产成大板，一定程度上可以代替实木大板用于制作茶桌、办公桌等家具。但是现有的重组竹大板材质较为干燥、粗糙，仿实木性较差，手摸在上面缺乏实木大板的亲肤、细腻、光滑的厚实感，档次较低，难以应用于中高档的场所中，附加值较低。
发明内容
本发明的目的在于提供一种仿生重组竹的制备方法，该仿生重组竹的制备方法可将由胶黏剂和仿生改性剂混合制得的仿生混合胶液充分渗透到竹纤维间隙及内部，可将巴西棕榈蜡和亚硫酸化棕榈油充分填充到成型后的重组竹内，制得的仿生重组竹具有亲肤、细腻、光滑的厚实感，对实木的仿生性强，可有效减少大径级原木的砍伐，促进人们对森林的保护，档次高，可应用于中高档的场所中，附加值高。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种仿生重组竹的制备方法，具体包括以下步骤：
S1、竹丝帘制备：先将竹子沿其长度方向剖切成多个竹条，再将竹条疏解成相互交联并保持纤维原有排列方式的疏松网状的竹丝束，并采用细绳将多个竹丝束横向编织，得到竹丝帘；
S2、竹丝帘的预处理：将竹丝帘表面的杂质洗去以及除去竹丝帘内部的过多的水分和部分内含物；
S3、仿生混合胶液的制备：按重量份数将75-88份的胶黏剂和11-20份的仿生改性剂混合均匀，得到仿生混合胶液；
S4、浸胶干燥：将预处理后的竹丝帘浸没在仿生混合胶液中，浸胶20-35min后取出竹丝帘进行沥干和干燥；
S5、组坯：将干燥后的竹丝帘按顺纹方向均匀铺装到压制模具内；
S6、熔融预压渗透：将铺装后的压制模具移送到热压机上，采用热压机对压制模具内的竹丝帘进行熔融预压，直至仿生混合胶液熔融并充分渗透到竹丝帘内，得到预压板坯；
S7、热压成型：对预压板坯进行热压，得到仿生重组竹。
优选地，步骤S2中所述竹丝帘的预处理具体过程为：
S21、将竹丝帘浸没在清洗池的上层清水中，通过不断搅拌上层清水洗去竹丝帘表面的杂质，直至杂质沉积在清洗池下层；
S22、将清洗池中的清水增压至0.8-1.2MPa，促使清水渗透到竹纤维之间的间隙及其细胞内部；
S23、清水充分渗透到竹丝帘后，将竹丝帘捞出并置于负压干燥室内，进行负压干燥，直至竹丝帘的含水率降至8％-12％。
优选地，步骤S3中所述仿生改性剂的具体制备过程为：
S31、将15-26份顺丁烯二酸酐添加到22-45份棕榈油中进行酯化反应，再添加0.5-6份亚硫酸钠和0.2-4份氢氧化钠，得到亚硫酸化棕榈油；
S32、称取巴西棕榈蜡并将其升温至85-95℃，直至其完全融化，加入Tween-80和Span-80，以800r/min的搅拌速度混合6-8min，再加入十二烷基硫酸钠和去离子水，以1200r/min的搅拌速度混合15-25min，得到水包油型的巴西棕榈蜡乳液，其中，巴西棕榈蜡、Tween-80、Span-80、十二烷基硫酸钠和去离子水的添加比例为1:0.12:0.6:0.08:4.6；
S33、按重量份数将25-38份亚硫酸化棕榈油和1.5-11份硅烷偶联剂添加到29-46份的巴西棕榈蜡乳液中，在45-65℃的条件下搅拌均匀，得到仿生改性剂。
优选地，步骤S4中所述竹丝帘沥干后，将竹丝帘置于50-65℃的条件下将水分干燥至12％-15％。
优选地，步骤S5中所述压制模具包括底板、矩形边框和四个封孔板；所述底板上端四周设置有嵌槽，矩形边框下端四周固定有嵌条，嵌条从上到下紧密嵌入嵌槽内将矩形边框安装在底板上；所述矩形边框四周均匀设置有多个横向的排气孔；所述矩形边框四周设置有上端敞口的密封槽；所述排气孔与密封槽连通，通过封孔板紧密插入密封槽内将排气孔密封。
优选地，步骤S6的具体过程为：
S61、将压机的上压板和下压板均升温至55-65℃后，将铺装后的压制模具放置在下压板上，并通过封孔板紧密插入密封槽内将排气孔密封；
S62、驱动压机的上压板下降，并同时提高上压板和下压板的温度，使上压板紧密嵌入矩形边框上端内腔并对竹丝帘进行预压，直至预压压力达到0.8-1.0MPa后停止上压板下降，当上压板和下压板的温度达到85-95℃后，停止升温，并保温保压进行熔融预压5-10min。
优选地，步骤S7的具体过程为：
S71、熔融预压完成后，抽出封孔板将排气孔打开，驱动压机的上压板继续下降，并同时提高上压板和下压板的温度，直至热压压力达到8.0-20.0MPa后停止上压板下降，当上压板和下压板的温度达到110-180℃后，停止升温，并保温保压进行热压10-30min；
S72、热压完成后，停止给上压板和下压板热量，并逐渐上升上压板，直至压力降至1.5-2.5MPa时，进行保压冷却；
S73、上压板和下压板冷却至55-65℃后，上升上压板，将压制模具从压机上取下，并将底板从矩形边框上分开，再将竹材从矩形边框上脱模，得到仿生重组竹。
优选地，步骤S1中的竹丝帘编织完成后，还进行了碳化处理，竹丝帘碳化处理的碳化温度为120-160℃，碳化时间为45-200min。
优选地，步骤S3中所述胶黏剂为酚醛树脂胶、脲醛树脂胶或三聚氰胺甲醛树脂胶中的一种或多种。
采用上述技术方案后，本发明具有如下有益效果：
1、本发明可将由胶黏剂和仿生改性剂混合制得的仿生混合胶液充分渗透到竹纤维间隙及内部，可将巴西棕榈蜡和亚硫酸化棕榈油充分填充到成型后的重组竹内，制得的仿生重组竹具有亲肤、细腻、光滑的厚实感，对实木的仿生性强，可有效减少大径级原木的砍伐，促进人们对森林的保护，档次高，可应用于中高档的场所中，附加值高。
2、本发明可根据仿生重组竹的实际应用场所，或其所想仿生的树种颜色，选择是否对竹丝帘进行碳化；具体地，当需要生产淡黄色等颜色的仿生重组竹时，可不需对竹丝帘进行碳化；当需要生产褐色、红色等仿红木的仿生重组竹时，可选择不同的碳化温度和碳化时间，将竹丝帘碳化成颜色深度不同的碳化竹丝帘，以便后期加工成型出相应颜色的仿生重组竹。
3、本发明将竹丝帘浸没在清洗池的上层清水中，通过不断搅拌上层清水，可清除竹丝帘表面的竹屑、灰尘、泥土等杂质，防止这些杂质后期堵塞竹纤维间的间隙和竹细胞的孔隙；再通过将清洗池中的清水增压至0.8-1.2MPa，可进一步疏通竹纤维间的间隙和竹细胞的孔隙，促使清水快速渗透到竹纤维之间的间隙及其细胞内部；清水充分渗透到竹丝帘后，将竹丝帘捞出并置于负压干燥室内，进行一边抽吸一边干燥的负压干燥，可快速将水分、渗进的杂质及部分竹细胞的内含物从竹纤维间的间隙和细胞内部快速抽出，不仅可降低竹丝帘的含水率，还可有效疏通竹丝帘的孔隙，提高竹丝帘的孔隙率，可有效给后期仿生混合胶液腾出渗透附着空间，可促进胶黏剂和仿生改性剂充分、深度地填充到竹丝帘内，提高仿生混合胶液与竹材的接触面积，进而提高仿生改性剂的缓释性和胶黏剂的粘结强度。
4、本发明添加的仿生改性剂由亚硫酸化棕榈油、水包油型的巴西棕榈蜡乳液和硅烷偶联剂复配制得，三者可发挥互相协同作用，通过硅烷偶联剂的“桥梁”作用将亚硫酸化棕榈油和水包油型的巴西棕榈蜡乳液有机地联结在一起，可提高亚硫酸化棕榈油和巴西棕榈蜡乳液的渗透性能和填充性能，增加仿生重组竹的防水性能，可使仿生重组竹手感滑爽、柔软、丰满。具体地，添加的顺丁烯二酸酐和棕榈油进行酯化反应形成酯，再利用亚硫酸钠与顺丁烯二酸酐部分的双键反应引入磺酸基，得到亚硫酸化棕榈油，该亚硫酸化棕榈油具有良好的渗透性和分散纤维的能力，分子中含有羧基、磺酸基、酰胺基、羟基等多种活性基团，与竹纤维结合性好，可充分渗透到竹纤维的内部，而亚硫酸化棕榈油渗透到竹丝帘内部后，能够通过化学和物理作用使竹丝帘内部的各个纤维被具有润滑作用的油脂包裹起来或纤维表面亲和大量的“油性”分子，可平衡竹纤维表面能量，使原来的高能表面转变为低能表面，增加纤维间的相互可移动性，可使仿生重组竹具有相应的弹性、韧性、延伸性和柔软性等良好的物理力学性能，有效提高了仿生重组竹的亲肤、细腻、光滑的厚实感。同时，本发明添加的巴西棕榈蜡乳液的粒径小，可充分渗透到竹丝帘内部，不仅可提高仿生重组竹的抗水性、光洁度和色泽感，提高亲肤、细腻、光滑的厚实感，还可便于热压成型后，仿生重组竹从压制模具上脱模。
5、本发明在熔融预压渗透过程中，先将压机的上压板和下压板均升温至55-65℃后，以使上压板和下压板具有较高的初始温度；接着，将铺装后的压制模具放置在下压板上，并通过封孔板紧密插入密封槽内将排气孔密封，当驱动压机的上压板下降，并同时提高上压板和下压板的温度，使上压板紧密嵌入矩形边框上端内腔并对竹丝帘进行预压，直至预压压力达到0.8-1.0MPa后停止上压板下降，当上压板和下压板的温度达到85-95℃后，停止升温，并保温保压进行熔融预压5-10min，在此阶段中，排气孔被关闭，施胶后的竹丝帘位于底板、矩形边框和上压板形成的密闭空间内，施胶后的竹丝帘所受的温度和压力逐渐增加，可有效促进仿生混合胶液中的胶黏剂、亚硫酸化棕榈油和巴西棕榈蜡乳液熔融，尤其是巴西棕榈蜡乳液的再熔融，在高温、加压、蒸汽的条件下，竹丝帘受热更加均匀，可促进仿生混合胶液均匀渗透到竹纤维之间以及深入渗透到竹纤维内部，实现仿生混合胶液与竹纤维有机联结为一体，可有效提高仿生重组竹的静曲强度、弹性模量、抗拉强度、抗剪强度和防水性等性能。
6、本发明在热压成型过程中，熔融预压完成后，抽出封孔板将排气孔打开，再驱动压机的上压板继续下降，并同时提高上压板和下压板的温度，直至热压压力达到8.0-20.0MPa后停止上压板下降，当上压板和下压板的温度达到130-180℃后，停止升温，并保温保压进行热压10-30min，可通过排气孔将热压过程中产生的水蒸汽及热空气从压制模具内向外排出；热压完成后，停止给上压板和下压板热量，并逐渐上升上压板，直至压力降至1.5-2.5MPa时，进行保压冷却，可有效平衡仿生重组竹内的应力，防止由于卸压过快，导致仿生重组竹发生“炸板”，且由于亚硫酸化棕榈油和巴西棕榈蜡乳液在熔融预压和热压阶段会渗透到竹丝帘和压制模具间的间隙，无需对压制模具涂抹脱模剂，便可快速将成型后的仿生重组竹从压制模具上进行脱模，成型效果好。
附图说明
图1为本发明的生产流程框图；
图2为本发明的压制模具的爆炸图；
图3为本发明的压制模具使用时的结构示意图。
附图标记：
1、底板；10、嵌槽；2、矩形边框；20、嵌条；21、排气孔；22、密封槽；3、密封孔。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
参见图1至图3，一种仿生重组竹的制备方法，具体包括以下步骤：
S1、竹丝帘制备：先将竹子沿其长度方向剖切成多个竹条，再将竹条疏解成相互交联并保持纤维原有排列方式的疏松网状的竹丝束，并采用细绳将多个竹丝束横向编织，得到竹丝帘；
步骤S1中的竹丝帘编织完成后，还进行了碳化处理，竹丝帘碳化处理的碳化温度为120-160℃，碳化时间为45-200min；
S2、竹丝帘的预处理：将竹丝帘表面的杂质洗去以及除去竹丝帘内部的过多的水分和部分内含物；
步骤S2中所述竹丝帘的预处理具体过程为：
S21、将竹丝帘浸没在清洗池的上层清水中，通过不断搅拌上层清水洗去竹丝帘表面的杂质，直至杂质沉积在清洗池下层；
S22、将清洗池中的清水增压至0.8-1.2MPa，促使清水渗透到竹纤维之间的间隙及其细胞内部；
S23、清水充分渗透到竹丝帘后，将竹丝帘捞出并置于负压干燥室内，进行负压干燥，直至竹丝帘的含水率降至8％-12％；
S3、仿生混合胶液的制备：按重量份数将75-88份的胶黏剂和11-20份的仿生改性剂混合均匀，得到仿生混合胶液；
步骤S3中所述仿生改性剂的具体制备过程为：
S31、将15-26份顺丁烯二酸酐添加到22-45份棕榈油中进行酯化反应，再添加0.5-6份亚硫酸钠和0.2-4份氢氧化钠，得到亚硫酸化棕榈油；
S32、称取巴西棕榈蜡并将其升温至85-95℃，直至其完全融化，加入Tween-80和Span-80，以800r/min的搅拌速度混合6-8min，再加入十二烷基硫酸钠和去离子水，以1200r/min的搅拌速度混合15-25min，得到水包油型的巴西棕榈蜡乳液，其中，巴西棕榈蜡、Tween-80、Span-80、十二烷基硫酸钠和去离子水的添加比例为1:0.12:0.6:0.08:4.6；
S33、按重量份数将25-38份亚硫酸化棕榈油和1.5-11份硅烷偶联剂添加到29-46份的巴西棕榈蜡乳液中，在45-65℃的条件下搅拌均匀，得到仿生改性剂；
步骤S3中所述胶黏剂为酚醛树脂胶、脲醛树脂胶或三聚氰胺甲醛树脂胶中的一种或多种；
S4、浸胶干燥：将预处理后的竹丝帘浸没在仿生混合胶液中，浸胶20-35min后取出竹丝帘进行沥干和干燥；
步骤S4中所述竹丝帘沥干后，将竹丝帘置于50-65℃的条件下将水分干燥至12％-15％；
S5、组坯：将干燥后的竹丝帘按顺纹方向均匀铺装到压制模具内；
步骤S5中所述压制模具包括底板1、矩形边框2和四个封孔板3；所述底板1上端四周设置有嵌槽10，矩形边框2下端四周固定有嵌条20，嵌条20从上到下紧密嵌入嵌槽10内将矩形边框2安装在底板1上；所述矩形边框2四周均匀设置有多个横向的排气孔21；所述矩形边框2四周设置有上端敞口的密封槽22；所述排气孔21与密封槽22连通，通过封孔板3紧密插入密封槽22内将排气孔21密封；
S6、熔融预压渗透：将铺装后的压制模具移送到热压机上，采用热压机对压制模具内的竹丝帘进行熔融预压，直至仿生混合胶液熔融并充分渗透到竹丝帘内，得到预压板坯；
步骤S6的具体过程为：
S61、将压机的上压板和下压板均升温至55-65℃后，将铺装后的压制模具放置在下压板上，并通过封孔板3紧密插入密封槽22内将排气孔21密封；
S62、驱动压机的上压板下降，并同时提高上压板和下压板的温度，使上压板紧密嵌入矩形边框2上端内腔并对竹丝帘进行预压，直至预压压力达到0.8-1.0MPa后停止上压板下降，当上压板和下压板的温度达到85-95℃后，停止升温，并保温保压进行熔融预压5-10min；
S7、热压成型：对预压板坯进行热压，得到仿生重组竹；
步骤S7的具体过程为：
S71、熔融预压完成后，抽出封孔板3将排气孔21打开，驱动压机的上压板继续下降，并同时提高上压板和下压板的温度，直至热压压力达到8.0-20.0MPa后停止上压板下降，当上压板和下压板的温度达到110-180℃后，停止升温，并保温保压进行热压10-30min；
S72、热压完成后，停止给上压板和下压板热量，并逐渐上升上压板，直至压力降至1.5-2.5MPa时，进行保压冷却；
S73、上压板和下压板冷却至55-65℃后，上升上压板，将压制模具从压机上取下，并将底板1从矩形边框2上分开，再将竹材从矩形边框2上脱模，得到仿生重组竹。
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，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种仿生重组竹的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
S1、竹丝帘制备：先将竹子沿其长度方向剖切成多个竹条，再将竹条疏解成相互交联并保持纤维原有排列方式的疏松网状的竹丝束，并采用细绳将多个竹丝束横向编织，得到竹丝帘；
S2、竹丝帘的预处理：将竹丝帘表面的杂质洗去以及除去竹丝帘内部的过多的水分和部分内含物；
S3、仿生混合胶液的制备：按重量份数将75-88份的胶黏剂和11-20份的仿生改性剂混合均匀，得到仿生混合胶液；
步骤S3中所述仿生改性剂的具体制备过程为：
S31、将15-26份顺丁烯二酸酐添加到22-45份棕榈油中进行酯化反应，再添加0.5-6份亚硫酸钠和0.2-4份氢氧化钠，得到亚硫酸化棕榈油；
S32、称取巴西棕榈蜡并将其升温至85-95℃，直至其完全融化，加入Tween-80和Span-80，以800r/min的搅拌速度混合6-8min，再加入十二烷基硫酸钠和去离子水，以1200r/min的搅拌速度混合15-25min，得到水包油型的巴西棕榈蜡乳液，其中，巴西棕榈蜡、Tween-80、Span-80、十二烷基硫酸钠和去离子水的添加比例为1:0.12:0.6:0.08:4.6；
S33、按重量份数将25-38份亚硫酸化棕榈油和1.5-11份硅烷偶联剂添加到29-46份的巴西棕榈蜡乳液中，在45-65℃的条件下搅拌均匀，得到仿生改性剂；
S4、浸胶干燥：将预处理后的竹丝帘浸没在仿生混合胶液中，浸胶20-35min后取出竹丝帘进行沥干和干燥；
S5、组坯：将干燥后的竹丝帘按顺纹方向均匀铺装到压制模具内；
S6、熔融预压渗透：将铺装后的压制模具移送到热压机上，采用热压机对压制模具内的竹丝帘进行熔融预压，直至仿生混合胶液熔融并充分渗透到竹丝帘内，得到预压板坯；
S7、热压成型：对预压板坯进行热压，得到仿生重组竹。
2.如权利要求1所述的一种仿生重组竹的制备方法，其特征在于，步骤S2中所述竹丝帘的预处理具体过程为：
S21、将竹丝帘浸没在清洗池的上层清水中，通过不断搅拌上层清水洗去竹丝帘表面的杂质，直至杂质沉积在清洗池下层；
S22、将清洗池中的清水增压至0.8-1.2MPa，促使清水渗透到竹纤维之间的间隙及其细胞内部；
S23、清水充分渗透到竹丝帘后，将竹丝帘捞出并置于负压干燥室内，进行负压干燥，直至竹丝帘的含水率降至8%-12%。
3.如权利要求1所述的一种仿生重组竹的制备方法，其特征在于：步骤S4中所述竹丝帘沥干后，将竹丝帘置于50-65℃的条件下将水分干燥至12%-15%。
4.如权利要求1所述的一种仿生重组竹的制备方法，其特征在于：步骤S5中所述压制模具包括底板（1）、矩形边框（2）和四个封孔板（3）；所述底板（1）上端四周设置有嵌槽（10），矩形边框（2）下端四周固定有嵌条（20），嵌条（20）从上到下紧密嵌入嵌槽（10）内将矩形边框（2）安装在底板（1）上；所述矩形边框（2）四周均匀设置有多个横向的排气孔（21）；所述矩形边框（2）四周设置有上端敞口的密封槽（22）；所述排气孔（21）与密封槽（22）连通，通过封孔板（3）紧密插入密封槽（22）内将排气孔（21）密封。
5.如权利要求4所述的一种仿生重组竹的制备方法，其特征在于：步骤S6的具体过程为：
S61、将压机的上压板和下压板均升温至55-65℃后，将铺装后的压制模具放置在下压板上，并通过封孔板（3）紧密插入密封槽（22）内将排气孔（21）密封；
S62、驱动压机的上压板下降，并同时提高上压板和下压板的温度，使上压板紧密嵌入矩形边框（2）上端内腔并对竹丝帘进行预压，直至预压压力达到0.8-1.0MPa后停止上压板下降，当上压板和下压板的温度达到85-95℃后，停止升温，并保温保压进行熔融预压5-10min。
6.如权利要求5所述的一种仿生重组竹的制备方法，其特征在于：步骤S7的具体过程为：
S71、熔融预压完成后，抽出封孔板（3）将排气孔（21）打开，驱动压机的上压板继续下降，并同时提高上压板和下压板的温度，直至热压压力达到8.0-20.0MPa后停止上压板下降，当上压板和下压板的温度达到110-180℃后，停止升温，并保温保压进行热压10-30min；
S72、热压完成后，停止给上压板和下压板热量，并逐渐上升上压板，直至压力降至1.5-2.5MPa时，进行保压冷却；
S73、上压板和下压板冷却至55-65℃后，上升上压板，将压制模具从压机上取下，并将底板（1）从矩形边框（2）上分开，再将竹材从矩形边框（2）上脱模，得到仿生重组竹。
7.如权利要求1所述的一种仿生重组竹的制备方法，其特征在于：步骤S1中的竹丝帘编织完成后，还进行了碳化处理，竹丝帘碳化处理的碳化温度为120-160℃，碳化时间为45-200min。
8.如权利要求1所述的一种仿生重组竹的制备方法，其特征在于：步骤S3中所述胶黏剂为酚醛树脂胶、脲醛树脂胶或三聚氰胺甲醛树脂胶中的一种或多种。
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