CN1277962C - 用于起绒经编织物的海岛型复合纤维及其制备方法，以及起绒经编织物 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及海岛型复合纤维及其制备方法。根据本发明，用于起绒经编织物的海岛型复合纤维是以碱溶性共聚酯为海组分，以主要由超过90摩尔%的对苯二甲酸乙二酯构成的聚酯为岛组分，通过直接纺丝拉伸的方法来制备，其特征在于：该复合纤维满足以下热性质和粘弹性质：存在的熔点峰数：4；海组分的主熔点峰的温度〔Tms〕：220-235℃；岛组分的主熔点峰的温度〔Tmi〕：245-255℃；粘弹性指数(tanδ)的第一转变温度〔Tα〕：120-150℃；第一转变峰(δ峰)的粘弹性指数值〔tanδα〕：0.10-0.20。本发明制得的海岛型复合纤维具有较好的热收缩性能和极好的起绒性能，并可改善经编织物的外观和手感。

Description

用于起绒经编织物的海岛型复合纤维及其制备方法，以及起绒经编织物
                             技术领域
本发明涉及用于起绒经编织物的海岛型复合纤维及其制备方法，它能改善起绒经编织物(即最终产品)的质量和物理性能。
                             背景技术
在使用海岛型复合纤维制备经编织物的经编工艺中，因为高速编织，因此对纱的质量，特别是纱的光滑度有很高的要求。
另外，制备经编织物的后处理工序需要大量复杂的步骤，如减量、起绒、染色等，这需要适宜地控制纱的热性质和粘弹性质。
具体地说，由海岛型复合纤维的各个海组分和岛组分的内部结构决定的热性质和粘弹性质在制备经编织物中非常重要。
使用碱溶性聚合物作为海组分以及成纤聚合物作为岛组分，并通过共轭纺丝将它们纺成海岛型以制备海岛型复合纤维，这种方法主要用来制备细纤度纤维。
或者，在制得海岛型复合纤维后，用碱溶液处理海岛型复合纤维以溶解作为海组分的碱溶性聚合物，制备仅由岛组分组成的细纤度纤维。
用海岛型复合纤维制备细纤度纤维的方法，其优点是：与直接纺丝制备细纤度纤维的方法相比，细纤度纤维的纺丝和拉伸性极好，但它在机织或针织后的整理加工中需要使用有机溶剂溶解或除去海组分聚合物的工序。因此，海组分聚合物在有机溶剂或溶液中的溶解性质是非常重要的。
通常，作为经编使用的用于海岛型复合纤维的海组分聚合物，主要是碱溶性共聚酯。这是因为，可用碱溶液和广泛应用于普通聚酯纤维的减量加工的减量设施来溶解海组分，而不必使用特殊装置和回收成本较高的有机溶剂。
如果岛组分聚合物是尼龙，则在溶解海组分时的溶解速度不是那么重要，因为尼龙被碱溶液浸透的程度较低。然而，如果岛组分是聚酯，则在海组分的溶解速度较低时，因为聚酯不耐碱，在海组分完全溶解之前岛组分已被浸透，导致溶解后纱的物理性能急剧下降。结果，起绒性变差，难以得到具有理想外观和手感的最终产品。
另一方面，如果海组分的溶解速度较快，可避免上述问题的产生，并可降低碱浓度、溶解温度及减少溶解时间，由此可降低溶解成本，提高产率。
为了提高海组分的溶解速度，应增加共聚化合物的量。但是，如果共聚化合物的量过分增加，则在增加溶解性的同时海组分变成没有熔点只有软化点的非晶态聚合物，会使纺丝变得困难。
制备用于海岛型复合纤维中使用的碱溶性聚酯的现有技术包括以下方法：1)在聚酯聚合过程中共聚合二甲基-5-磺基异酞酸钠盐(以下称为“DMIS”)或低分子量的聚亚烷基二醇(以下称为“PAG”)的方法；2)混合聚酯和高分子量PAG的方法；以及3)混合聚酯聚合物和高分子量PAG的方法。
在通过纺丝、拉伸和假捻现有技术的以碱溶性聚酯为海组分，以普通聚酯为岛组分制备海岛型复合纤维的情况下，纱的平滑性下降且编织性能变差。纱的平滑性的提高可减少纱与织针之间的摩擦，改善加工性能。
更具体地说，由于假捻的纱会膨松，故在高速经编中的编织性能下降。另外，由于纱的热性质和粘弹性质较差，故起绒性下降，而且在经编后的起绒过程中起绒经编织物的外观和质量变差。
                             发明内容
本发明的一个目的是提供一种海岛型复合纤维，它可通过适度控制纱的热性质和粘弹性质，制造适合用作起绒经编织物的纱。
本发明的另一个目的是提供一种通过在制备过程中控制纺丝拉伸纱的热性质和粘弹性质来制备海岛型复合纤维的方法。
为了达到上述目的，根据本发明以碱溶性共聚酯为海组分，以主要由超过90mole％的对苯二甲酸乙二酯构成的聚酯为岛组分，通过直接纺丝拉伸的方法来制备用于起绒经编织物的海岛型复合纤维，该复合纤维是以满足以下热性质和粘弹性质为特征的：
-存在的熔点峰数：4，
-海组分主熔点峰的温度〔Tms〕：220-235℃，
-岛组分主熔点峰的温度〔Tmi〕：245-255℃，
-粘弹性指数(tanδ)的第一转变温度〔Tα〕：120-150℃，
-第一转变峰(δ峰)的粘弹性指数值〔tanδα〕：0.10-0.20。
以下，将详细描述本发明。
使用碱溶性共聚酯为海组分以及主要由超过90mole％的对苯二甲酸乙二酯构成的聚酯为岛组分，制备本发明的海岛型复合纤维。
具体地说，使用普通海岛型共轭纺丝机1纺丝海组分及岛组分以制备海岛型复合纤维，然后在第一导丝轮2和第二导丝轮3之间拉伸，接着用卷绕机4将它们卷绕起来。
在本发明中，可通过适宜地调节海组分和岛组分的熔体粘度来改善起绒性和海岛成型性能。
通常，在纺丝过程中由挤出机将压力施加在喷丝头上会使纤维产生剪切流，挤出机中的流速和剪切速率很低，而在喷丝头中的则很高。与该剪切速率相应的剪切应力称为熔体粘度(MV)，它随聚合物性质的不同而不同。
但是，共轭纺丝两种以上的聚合物来制备海岛型复合纤维时，由于海组分和岛组分的熔体粘度各不相同，所以它们的剪切应力不同，结果影响了复合纤维的海岛成形性及复合纤维的物理性能。
因此，为了得到所需均匀的海岛成形和使用要求的物理性能，需要选择具有适宜熔体粘度的海岛组分聚合物。
具体地说，对起绒经编产品，为了显示细纱的起绒性以及外观和手感，用于海岛型复合纤维的聚合物要保持它们适度的相对粘度，而不是它们的熔体粘度。
在本发明中，剪切速率9,000(1/s)时岛组分聚合物的熔体粘度与海组分聚合物的熔体粘度之间的差值(以下称为：“ΔMV9,000”)是剪切速率500(1/s)时岛组分的熔体粘度与海组分的熔体粘度之间的差值(以下称为：“ΔMV500”)的20-70％。即，在喷丝头处的ΔMV的值应小于挤出机处的ΔMV值。
换言之，应减小随剪切速率的增加而引起的岛组分聚合物和海组分聚合物之间的熔体粘度的差值(ΔMV)。否则，岛组分的取向性下降，由于难以充分拉伸使得编织性能下降，且在经编中起绒纤维会相互缠绕。
图5是随剪切速率的增加，ΔMV变化的关系图。在图5中，可发现随着剪切速率的增加，岛组分和海组分之间熔体粘度的差值逐步减小(参见图5中的曲线C)。
另外，较佳的是剪切速率500-9,000(1/s)时海组分的熔体粘度(以下称为“MVs”)低于岛组分的熔体粘度(以下称为“MVi”)(MVs≤MVi)。图4是各组分的熔体粘度和剪切速率之间的关系图(参见图4中的曲线A和B)。
如果海组分的熔体粘度(MVs)大于岛组分聚合物的熔体粘度(MVi)，则海岛型复合纤维的截面可能难以成形。这导致了岛组分数量的下降或者破坏了岛组分的均匀成形性，使得起绒过程中的起绒性变差，难以展示最终产品的外观和手感。
而且，较佳的是海组分和岛组分之间熔体粘度的差值(以下称为“ΔMV”)小于1,000泊〔ΔMV≤1,000〕。如果海组分和岛组分之间熔体粘度的差值(ΔMV)大于1,000泊，则在纺丝中岛组分会相互粘合，形成即使溶解后岛组分也不分离的不分离纤维。结果会造成经编起绒中纤维的起绒状态不均匀、外观不清晰、光学(writing)效果变差且手感粗糙。
可用特性粘度来调节岛组分聚合物的熔体粘度，并通过适宜地控制共聚物的种类、共聚物的定重和共聚合条件来调整海组分聚合物的熔体粘度。
作为调整海组分聚合物的熔体粘度的例子，可将3-15mole DIMS与聚对苯二甲酸乙二醇酯共聚，并向其中加入平均分子量超过8,000的4-20重量％聚乙二醇。
与通过纺丝、拉伸以及假捻制备膨松的海岛型复合纤维的方法相比，本发明因为能制备具有平滑性的纱，所以更有利于高速经编。
另外，在本发明中，可通过适度控制纱的海岛组分的热性质和粘弹性质来改善起绒经编织物的外观和手感。
另外，在本发明中，可在制备过程中控制第一导丝轮上纱(以下称为“纺丝牵伸纱”)的海岛组分的热性质和粘弹性质，将海岛组分的热性质和粘弹性质调整在预定范围内。可通过适宜地结合拉伸温度、拉伸倍率、冷却条件和海组分及岛组分的熔体粘度来调节纺丝拉伸纱的热性质和粘弹性质。
具体地说，将纺丝拉伸纱x存在的熔点峰数调整至小于4，粘弹性指数(tanδ)图中的第二转变温度〔Tβ〕调整至-60--30℃。而且，将第二转变峰(β峰)的粘弹性指数值(tanδβ)调整为0.04-0.10。
另外，纺丝拉伸纱x的粘弹性指数(tanδ)的图中不应存在第一转变峰，且纺丝拉伸纱x的结晶总熔化热(ΔHx)和拉伸卷绕了海岛型复合纤维的结晶(以下称为“纺丝拉伸丝”)的总熔化热(ΔHy)应满足以下公式。
                  1.1×ΔHy≤ΔHx≤1.5×ΔHy
第一导丝轮上纱的各种物理性能是使用下述方法测量的。在第一导丝轮上纱的取样方法如下所述。首先用俘获器切割第一导丝轮前端处的丝束，几乎同时用俘获器切割第一导丝轮后端处的丝束，一经切割就将将取样丝卷绕在第一导丝轮的表面。
更具体地说，一切割后就取样卷绕在第一导丝轮上的位于丝层表面的丝束，以防由于第一导丝轮的温度而导致的物理性能的变化。
按此制得的纺丝拉伸丝y具有如图2和3所示的热性质和粘弹性质。具体地，纺丝拉伸纱y存在的熔点峰数是4，即图3中的Ya、Yb、Yc和Yd。即，形成了海组分的主熔点峰Ya、海组分的次熔点峰Yb、岛组分的主熔点峰Yc以及岛组分的次熔点峰Yd。
岛组分的主熔点峰温度〔Tmi〕是245-255℃，而岛组分的次熔点峰温度〔Tmi′〕比〔Tmi〕高2-10℃。海组分的主熔点峰温度〔Tms〕是220-235℃，而海组分的次熔点峰温度〔Tms′〕比〔Tms〕高2-10℃。
这里，结晶区域的熔点是指聚合物晶体聚合的最高熔化温度。同一聚合物的熔点依晶体的尺寸而定，并随着晶体变大而变高。当一个聚合物的熔点分为两个以上时，熔点的主峰位于低温侧，而熔点的次峰位于高温侧。
一个聚合物的熔点一分为二的原因是：外部影响使得聚合物的晶体尺寸的分布一分为二。如果主熔点峰出现在高于次熔点峰的温度时，这意味着大尺寸的晶体多于小尺寸的晶体。然而，如果主熔点峰出现在低于次熔点峰的温度时，这意味着小尺寸的晶体多于大尺寸的晶体。
另外，关于本发明的纺丝拉伸纱y，岛组分晶体的总熔化热(ΔHi)比海组分晶体的总熔化热(ΔHs)大2-5倍。而且，纺丝拉伸纱y晶体的总熔化热(ΔHy)是纺丝拉伸纱x晶体的总熔化热(ΔHx)的1.1-1.5倍。在此，纺丝拉伸纱y总熔化热(ΔHy)的值等于ΔHi+ΔHs。晶体的熔化热是指在一个聚合物中熔化各个小晶体和大晶体所需的每单位重量的热量。晶体的熔化热值随结晶度变大而变大。
同时，关于本发明的纺丝拉伸纱y，在粘弹性指数(tanδ)图中的第一转变温度〔Tα〕为120-150℃，第二转变温度〔Tβ〕为-50--20℃。另外，第一转变峰(α峰)的粘弹性指数〔tanδα〕值为0.10-0.20，第二转变峰(β峰)的粘弹性指数〔tanδβ〕值为0.03-0.08。
粘弹性指数〔tanδ〕表示当外力施加于聚合物时由内部分子的运动产生的摩擦热和阻滞所造成的能量损失的程度，它是用弹性模量除以粘性模量得到的值。第一转变峰(α峰)表示在与玻璃化转变相关的非晶区域中分子的长距离的链移动。在温度低于第一转变峰(α峰)处看到的第二转变峰(β峰)表示由非晶区域和晶体区域之间的近链移动导致的曲轴移动。
因为本发明的具有上述热性质和粘弹性质的海岛型复合纤维的起绒性极好，故改善了起绒经编织物的外观和手感。另外，本发明的海岛型复合纤维在溶解了海组分之后的强度保持率超过82％。
如上所述，本发明的海岛型复合纤维的海岛组分的熔体粘度相互协调，使得纤维截面形状的可成形性、起绒性和手感极好，在溶解海组分以及起绒过程中纱的物理性能的下降减至最小。因此，本发明的海岛型复合纤维特别适宜用作起绒经编织物的纱。
纱和起绒经编织物的各种物理性能评价如下。
·晶体的熔点(℃)/熔化热(Joule/g)
使用差示扫描量热计(DSC)测量晶体的熔点和熔化热。测量装置：PERKINELMER公司的“DSC-7”。测量条件：试样量为5mg海岛型复合纤维，将成百根海岛型复合纤维排列后切割成试样，加热速率为+10℃/min，而且是第一次运行。
·粘弹性质(粘弹性指数/第一转变温度/第二转变温度)
使用Rheovibron试验方法测量粘弹性质。测量装置：ORIENTEC公司的“Rheovibron-II”。测量条件：试样的标距长度为3cm，温度范围为-120-200℃，振幅为16μm(L模式)，加热速率为+2℃/min。
·熔体粘度
使用INSTRON公司的毛细管流变仪(规格：L＝25.38mm，D＝0.762mm，L/D＝33.31mm)，将剪切应力施加于试样(片)上，测量随剪切速率变化的熔体粘度。此时，聚合物的熔体粘度是在290℃，剪切速率在500(l/s)-9,000(l/s)范围内持续变化，在真空状态下将岛组分聚合物(切片)和海组分聚合物(切片)在150℃干燥5小时。
·海岛截面的成形性能
取样复合纤维制备500个截面试样，并用显微镜观察和评价该截面成形的均匀性和分散性。具体地，如果截面成形是均匀的且未分离的岛组分数小于2，则成形性能为极好，如果截面成形是不均匀的且未分离的岛组分数小于2，则成形性能为好，如果截面成形是不均匀的且未分离的岛组分数是3-4，则成形性能为一般，如果未分离的岛组分数大于5，则成形性能为差。
·起绒性能
对起绒经编织物染色并观察每平方米出现的缺陷部分(例如：起绒纤维凝聚、起绒纤维脱落等)的数量，以测量起绒性能。具体地，如果每平方米出现的缺陷部分的数量小于2，则起绒性能为极好。如果每平方米出现的缺陷部分的数量为3，则起绒性能为好。如果每平方米出现的缺陷部分的数量为4-6，则起绒性能为一般。如果每平方米出现的缺陷部分的数量大于7，则起绒性能为差。
·海组分除去后纱强度的保持值
按上述方法，使用Instron得到海组分除去前后纱(复合纤维)的强度，然后将海组分溶解前后纱的强度代入下式，得到海组分溶解后纱强度保持率(％)。在95℃向1％氢氧化钠溶液〔浴比(溶液∶纱)＝10∶1〕中加入海岛型复合纤维处理30分钟，以溶解海组分。
海组分除去后纱的强度保持值＝
            (海组分除去后纱的强度/海组分除去前纱的强度)×100
此处，纱的强度指纱的韧度(g/d)。
                             附图说明
结合附图，以下详细的描述将使本发明的上述目的、特征和优点变得更明显，其中：
图1是本发明的工序的示意图；
图2是本发明纱的粘弹性质示意图；
图3是本发明纱的热性质(差示扫描热分析)示意图；
图4是本发明海岛型复合纤维各组分的熔体粘度与剪切速率之间关系的示意图；
图5是本发明海组分和岛组分之间熔体粘度的差值(ΔMV)变化的示意图。
                          具体实施方式
以下，将通过实施例和比较例详细描述本发明，但不仅限于它们。
实施例1-3和比较例1-3
将8重量％、数均分子量为8,500的聚乙二醇和共聚有4mole％二甲基-5-磺基异酞酸钠的共聚酯混合，制备碱溶性聚合物。将制得的碱溶性聚合物用作海组分，特性粘度为0.65的聚对苯二甲酸乙二酯用作岛组分。在288℃使用有36个岛组分的共轭纺丝喷丝头来纺丝。再以2.9倍的拉伸比将丝束在80℃的第一导丝轮和125℃的第二导丝轮之间拉伸。然后，以4,120m/min的速度将其卷绕起来，由此制得75旦/24根纤维的海岛型复合纤维。按表1调整在纺丝时通过第一导丝轮的纺丝拉伸纱的热性质和粘弹性质。由本发明的海岛型复合纤维制备经编织物，然后在95℃、1重量％氢氧化钠溶液中处理海岛型复合纤维30分钟以溶解海组分，再将它们起绒制备起绒经编织物。表2为按上述评价方法评价海岛型复合纤维的热性质和粘弹性质以及起绒经编织物的起绒性能的结果。
〔表1〕制备条件-调整纺丝拉伸纱的热性质和粘弹性质的条件
项目               实施例           比较例
  1   2   3   1   2
熔点(℃) 海组分  主峰〔Tms〕   230   230   -   245   230
 次峰〔Tms′〕   -   -   -   -   235
岛组分  主峰〔Tmi〕   250   255   250   255   251
 次峰〔Tmi′〕   -   -   -   -   256
  熔化热(ΔHx)〔Joule/g〕   34.2   40.5   31.2   38.2   35.1
  粘弹性指数〔tanδ〕的第一转变温度〔Tα〕(℃) - - - 125 12
  第一转变峰〔α峰〕的粘弹性指数值〔tanδα〕 - - - 0.18 0.17
  粘弹性指数〔tanδ〕的第一转变温度〔Tβ〕(℃)   -40   -35   -40   -38   -35
  第二转变峰〔β峰〕的粘弹性指数值〔tanδβ〕   0.060   0.057   0.061   0.035   0.053
岛组分聚合物  MV500   1,200   1,200   1,000   1,200   1,450
 MV9000   500   500   450   500   600
海组分聚合物  MV500   700   400   700   600   400
 MV9000   300   180   300   400   180
  ΔMV500   500   800   300   600   1,050
  ΔMV9000   200   320   150   100   420
〔表2〕纺丝拉伸丝(最终产品)的热性质和粘弹性质的评价结果
项目                 实施例           比较例
  1   2   3   1   2
熔点(℃) 海组分 主峰〔Tms〕   224   228   233   247   230
次峰〔Tms′〕   230   233   235   -   235
岛组分 主峰〔Tmi〕   246   250   254   256   260
次峰〔Tmi′〕   252   255   258   -   242
  熔化热(ΔHx)〔Joule/g〕 海组分〔ΔHs〕   11.4   13.7   10.5   19.2   12.5
岛组分〔ΔHi〕   34.2   30.5   37.2   25.1   30.4
  粘弹性指数〔tanδ〕的第一转变温度〔Tα〕(℃) 130 133 141 138 135
  第一转变峰〔α峰〕的粘弹性指数值〔tanδα〕 0.155 0.163 0.150 0.151 0.158
  粘弹性指数〔tanδ〕的第一转变温度〔Tβ〕(℃) -35 -32 -33 -38 -40
  第二转变峰〔β峰〕的粘弹性指数值〔tanδβ〕   0.050   0.053   0.041   0.052   0.090
  起绒性能   极好   极好   极好   差   好
工业应用性
本发明的海岛型复合纤维具有适宜的热性质和粘弹性质，所以易于溶解海组分且起绒性较好。因此，海岛型复合纤维非常适合用作具有极好外观和手感的起绒经编织物的纱。

Claims (14)

1.一种用于起绒经编织物的海岛型复合纤维，它以碱溶性共聚酯为海组分，以主要由超过90摩尔％的对苯二甲酸乙二酯构成的聚酯为岛组分，通过直接纺丝拉伸的方法来制备，其特征在于：该复合纤维满足以下热性质和粘弹性质：
-存在的熔点峰数：4，
-海组分的主熔点峰的温度〔Tms〕：220-235℃，
-岛组分的主熔点峰的温度〔Tmi〕：245-255℃，
-粘弹性指数(tanδ)的第一转变温度〔Tα〕：120-150℃，
-第一转变峰(δ峰)的粘弹性指数值〔tanδα〕：0.10-0.20。
2.根据权利要求1所述的海岛型复合纤维，其特征在于：海组分的次熔点峰温度〔Tms′〕比海组分的主熔点峰温度〔Tms〕高2-10℃。
3.根据权利要求1所述的海岛型复合纤维，其特征在于：岛组分的次熔点峰温度〔Tmi′〕比岛组分的主熔点峰温度〔Tmi〕高2-10℃。
4.根据权利要求1所述的海岛型复合纤维，其特征在于：复合纤维的粘弹性指数(tanδ)的第二转变温度〔Tβ〕为-50-20℃。
5.根据权利要求1所述的海岛型复合纤维，其特征在于：复合纤维的第二转变峰(β峰)的粘弹性指数值〔tanδβ〕为0.03-0.08。
6.根据权利要求1所述的海岛型复合纤维，其特征在于：岛组分晶体的熔化热比海组分晶体的熔化热大2-5倍。
7.根据权利要求1所述的海岛型复合纤维，其特征在于：在溶解了海组分之后纱强度的保持率超过82％。
8.一种制备用于起绒经编织物的海岛型复合纤维的方法，所述海岛型复合纤维通过共轭纺丝作为海组分的碱溶性共聚酯以及作为岛组分的主要由超过90摩尔％的对苯二甲酸乙二酯构成的聚酯，并在纱通过第一导丝轮和第二导丝轮时将其拉伸，然后卷绕起来的直接纺丝拉伸的方法来制备，其特征在于：第一导丝轮上的纺丝拉伸纱满足以下热性质和粘弹性质：
-存在的熔点峰数：小于4，
-粘弹性指数(tanδ)的第二转变温度〔Tβ〕：-60--30℃，
-第二转变峰(β峰)的粘弹性指数值〔tanδβ〕：0.04-0.10。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于：纺丝拉伸纱的粘弹性指数〔tanδ〕不存在第一转变峰。
10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于：纺丝拉伸纱(x)晶体的总熔化热(ΔHx)与拉伸并卷绕的海岛型复合纤维的晶体的总熔化热(ΔHy)满足以下公式：
                  1.1×ΔHy≤ΔHx≤1.5×ΔHy
11.根据权利要求8所述的方法，其特征在于：剪切速率9,000(l/s)时岛组分聚合物的熔体粘度与海组分聚合物的熔体粘度之间的差值(ΔMV9,000)是剪切速率500(l/s)时岛组分的熔体粘度与海组分的熔体粘度之间的差值(ΔMV500)的20-70％。
12.根据权利要求8所述的方法，其特征在于：剪切速率500-9,000(l/s)时海组分的熔体粘度(MVs)不超过岛组分的熔体粘度(MVi)。
13.根据权利要求8所述的方法，其特征在于：海组分和岛组分之间的熔体粘度的差值(ΔMV)小于1,000泊。
14.一种起绒经编织物，它使用权利要求1所述的海岛型复合纤维编织而成。
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