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高分子材料的阻燃方法
高分子材料的阻燃方法【1】
摘 要：進(jìn)入21世紀(jì)以來，我國在經(jīng)濟(jì)建設(shè)上面的發(fā)展都已經(jīng)比較穩(wěn)定了，而高分子材料作為一種功能材料在我國受到了各行各業(yè)的廣泛應(yīng)用，尤其是在建筑行業(yè)上面，而高分子材料一旦受熱，就會分解出具有可燃性的物質(zhì)，當(dāng)這種可燃性的物質(zhì)的濃度達(dá)到一定程度時，遇到適當(dāng)?shù)臏囟染蜁紵o企業(yè)造成巨大的損失。
因此，它的阻燃性能也是我國企業(yè)所關(guān)心的主要問題之一。
關(guān)鍵詞：高分子材料;阻燃方法;研究與分析
前言
高分子材料的燃燒要滿足兩個條件，一個是適宜的溫度，一個是分解出的可燃物的濃度，由此可見，要想阻止高分子材料燃燒就要從這兩個方面著手，只要能有效的提高高分子材料的阻燃性，就能夠拉動企業(yè)的經(jīng)濟(jì)建設(shè)的穩(wěn)定發(fā)展。
文章將針對高分子材料的阻燃方法進(jìn)行詳細(xì)的分析。
1 高分子材料的阻燃方法
1.1 通過在高分子材料中加入阻燃劑實(shí)現(xiàn)阻燃
通過在高分子材料中嫁娶阻燃劑實(shí)現(xiàn)阻燃的方法是目前我國應(yīng)用最為廣泛的阻燃方式，利用阻燃劑與高分子材料分解出來的可燃物之間的結(jié)合，來實(shí)現(xiàn)提高高分子材料阻燃性能的目的，這種方法最大的優(yōu)點(diǎn)就是它的成本比較低，而且在對不同的高分子材料的阻燃劑調(diào)整上面也比較的靈活，是一種經(jīng)濟(jì)適用的高分子材料阻燃方法，與此同時，這種方式也存在一定的弊端，技術(shù)添加的阻燃劑中的元素可能會與高分子材料之間發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，從而影響高分子材料的性能[1]。
因此，在阻燃劑的選擇上面一定要非常的慎重，要在不影響高分子材料或者是影響較小的前提下，加入合適的阻燃劑來阻止高分子材料的燃燒。
1.2 通過與高分子材料進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行阻燃
化學(xué)反應(yīng)一直是一個非常復(fù)雜的過程，可能你改變了其中的一個分子機(jī)構(gòu)就會產(chǎn)生不一樣的效果。
高分子材料的化學(xué)反應(yīng)阻燃就是使用了這種方法，將某種元素通過化學(xué)反應(yīng)接入或者替換高分子材料的化學(xué)鏈中，在不影響高分子材料的性能的前提下，改變高分子材料的性能，將高分子材料從可燃性極強(qiáng)轉(zhuǎn)變到具有阻燃性能的高分子材料。
能夠?qū)崿F(xiàn)高分子材料阻燃性的元素有很多，像是硼、硅、金屬原子等都可以做到。
1.3 通過改變高分子材料表面的阻燃性能來實(shí)現(xiàn)阻燃
通過化學(xué)反應(yīng)來實(shí)現(xiàn)高分子材料的阻燃主要是通過將某種元素接入或者替換高分子材料的化學(xué)鏈上，可能會影響高分子材料的性能，但是改變高分子表面材料的阻燃性能就不一樣了，同樣也是采用專業(yè)的技術(shù)將元素接入或者替換，但是這種方式?jīng)]有將元素接入到高分子材料的主鏈上，而是只對高分子材料的表面進(jìn)行改進(jìn)，這樣就不會影響到高分子材料的性能的同時，還實(shí)現(xiàn)了對于高分子材料的阻燃，避免了阻燃劑以及化學(xué)反應(yīng)給高分子材料性能上帶來的影響[2]。
但是這種方法也存在一定的弊端，就是在它的操作過程非常的復(fù)雜，在時間上耗費(fèi)也比較久，而且在資金成本上面也非常的昂貴，因此在實(shí)際生產(chǎn)中并不適用。
由此可見，我國的專家學(xué)者還需要對于高分子材料的阻燃性能不斷的研究。
1.4 將高分子材料與阻燃性能好的高分子材料合成在一起
為了加強(qiáng)高分子材料的阻燃性，我們可以將高分子材料與阻燃性能好的高分子材料合成在一起，這種方式不僅有效的阻止了高分子材料的燃燒，在持續(xù)的時間上也是非常的長久的，在實(shí)際的應(yīng)用中可以說是效果最好的高分子材料的阻燃方法[3]。
另外，這種將高分子材料與阻燃性能好的高分子材料合成在一起的方式在保護(hù)高分子材料的性能上也有也有很大的幫助，避免了阻燃劑等給高分子材料帶來的負(fù)面影響。
1.5 采用納米科技的方式來實(shí)現(xiàn)高分子材料的阻燃
隨著時代的不斷變化，我國的科學(xué)技術(shù)也在不斷的提高，近幾年來，我國在納米科技方面也有著廣泛的應(yīng)用，高分子材料的阻燃就是其中一項(xiàng)，采用納米技術(shù)實(shí)現(xiàn)高分子材料的阻燃可以說是為我國的科學(xué)事業(yè)開辟了一條全新的道路。
通過納米技術(shù)進(jìn)入到高分子材料的內(nèi)部，對其內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行一系列的改造工作，將普通的高分子材料改造成阻燃性能比較強(qiáng)的高分子材料，極大的降低了危險的發(fā)生[4]。
使用納米技術(shù)來改變高分子材料的阻燃性能的方法雖然很好，但是在資金成本上的耗費(fèi)也是非常的巨大的，因此，截止到目前為止，納米技術(shù)的方法還是在研究階段，實(shí)際的生產(chǎn)中的應(yīng)用是非常少的。
1.6 對高分子材料采取兩種或兩種以上的阻燃方式
對高分子材料采取兩種或者使兩種以上的阻燃方式，來進(jìn)行高分子材料的阻燃主要是為了要滿足各方面的要求，既能夠不改變高分子材料的性能或者是將高分子材料的性能改變降到最低，又能保證高分子材料的阻燃性能，可以說是一個一舉兩得的方法，在我國很多企業(yè)的建設(shè)中都有實(shí)際的應(yīng)用，這種方法為高分子材料的阻燃提供了一個多重的保障。
2 結(jié)束語
綜上分析可知，高分子材料的應(yīng)用已經(jīng)滲透到了我國的各行各業(yè)，甚至在人民群眾的日常生活中也有高分子材料的廣泛應(yīng)用，為了保證企業(yè)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的穩(wěn)定發(fā)展，以及人民生活不受到影響，就要積極的對高分子材料的阻燃性能進(jìn)行分析，找到最有效解決高分子材料燃燒的問題。
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高分子材料阻燃技術(shù)的應(yīng)用【2】
【摘 要】原有阻燃技術(shù)在處理工藝方面存有一定的缺陷，出現(xiàn)排煙量大、滴落面積大、毒害氣體，嚴(yán)重威脅著人們的身體健康。
而現(xiàn)有技術(shù)通過高分子加聚反應(yīng)產(chǎn)生的化合物，不但能夠降低反應(yīng)溫度，而且還不會產(chǎn)生有害產(chǎn)物。
為了降低物質(zhì)易燃特性，筆者針對高分子材料阻燃技術(shù)進(jìn)行了分析。
其中包括：無機(jī)阻燃劑、鹵系阻燃劑以及磷系阻燃劑，這幾種阻燃劑不但能夠隔斷物質(zhì)與空氣的接觸面積，而且還能降低物質(zhì)燃燒時的溫度，以此達(dá)到較為理想的阻燃效果。
【關(guān)鍵詞】高分子材料 阻燃技術(shù) 無機(jī)阻燃劑 鹵系阻燃劑
1 高分子材料的阻燃機(jī)理
高分子材料的阻燃機(jī)理是破壞原有高分子成分，形成新的保護(hù)膜或隔離層，達(dá)到抑制分子燃燒的效果。
一般阻燃性質(zhì)從兩個原理中進(jìn)行分析，分別為隔氧及溫度，隔氧采用凝聚相阻燃機(jī)理，高分子阻燃材料在燃燒過程中，形成阻燃細(xì)微分子，中斷該鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。
鏈?zhǔn)椒磻?yīng)中斷后，分子熱分解的溫度較高，所以燃燒后期會形成水蒸氣，阻燃材料高分子中含有大量的氫氧元素，與空氣接觸后，便會形成水霧覆蓋在材料表層。
其次便是能隔斷與空氣的接觸，形成的水霧除了降低表層溫度外，還能堵塞阻燃材料的氣孔，形成密閉環(huán)境，隔斷與空氣的接觸。
凝聚相在作用機(jī)理中有4種阻燃模式，阻燃材料在燃燒過程中，會產(chǎn)生惰性氣體，延緩阻燃材料的燃燒;燃燒期間會產(chǎn)生多碳?xì)饪�，使其阻燃材料難以燃燒;反應(yīng)過程中會吸收大量的熱量，降低反應(yīng)溫度;其次無機(jī)比熱容較大的分子，在燃燒過程中，通過分子之間的氧化還原反應(yīng)，使分子發(fā)生質(zhì)變，促使反應(yīng)中斷停止。
該兩種反應(yīng)在作用機(jī)理中大致相同，但在反應(yīng)中作用的機(jī)理很多，所以在劃分高分子阻燃體系結(jié)構(gòu)上仍十分復(fù)雜。
2 高分子材料阻燃劑的類別
2.1 無機(jī)阻燃劑
無機(jī)阻燃劑作用機(jī)理便是通過無機(jī)化合物的熱分解，產(chǎn)生保護(hù)膜或水蒸氣，隔斷與空氣接觸及降低燃燒溫度。
無機(jī)阻燃劑在燃燒過程中會產(chǎn)生結(jié)晶水，溫度升高后，吸收周圍熱量，降低其燃燒溫度，阻斷其物質(zhì)的燃燒;另一種便是通過阻燃劑燃燒形成保護(hù)膜，例如：Al(OH)3燃燒過程中，產(chǎn)生致密的氧化層薄膜，隔斷物質(zhì)與空氣的接觸面積。
無機(jī)阻燃劑化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，不會產(chǎn)生較為污染有害氣體，一般常用作防火無機(jī)阻燃劑。
2.2 鹵系阻燃劑
在元素周期表中，鹵系元素包括：氟、氯、溴、碘，該元素形成的化合物具有高效的阻燃效果。
化合物中含有氟利昂，該化合物易散發(fā)，破壞臭氧層。
在該物質(zhì)中分別添加氯元素及氟元素，然后對標(biāo)準(zhǔn)沸點(diǎn)進(jìn)行比對。
其中添加氯元素標(biāo)準(zhǔn)沸點(diǎn)升高，化合物中含有3個氯分子時，標(biāo)準(zhǔn)沸點(diǎn)為61.2℃;其中添加氟元素標(biāo)準(zhǔn)沸點(diǎn)降低，化合物中含有3個氟分子時，標(biāo)準(zhǔn)沸點(diǎn)為-128℃，具體數(shù)據(jù)量如表1所示。
含氯化合物阻燃劑具有良好的阻燃性，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，能與多種高分子化合物相融，不影響化學(xué)反應(yīng)。
溴元素阻燃化合物包括：十溴聯(lián)苯醚、四溴苯酚、六溴環(huán)十二烷等，化學(xué)穩(wěn)定性位于氯和碘元素之間，具有良好的阻燃性。
鹵系元素雖然具有良好的阻燃性，一般阻燃劑內(nèi)都添加少量的鹵系元素，保證達(dá)到阻燃效果。
表1 氟、氯化合物標(biāo)準(zhǔn)沸點(diǎn)比對表
2.3 磷系阻燃劑
磷系阻燃劑包括：紅磷、白磷、磷酸氫二銨以及亞磷酸酯等化合物，磷系化合物在燃燒過程中會形成性碳膜，該膜除了降低外圍溫度外，還能起到隔斷空氣的作用，達(dá)到理想的阻燃效果。
其次紅磷與白磷的混合，也能起到良好的阻燃性。
紅磷在空氣中燃燒發(fā)出淡藍(lán)色的火焰，并產(chǎn)生大量白煙;白磷燃燒性質(zhì)與紅磷相似，最終產(chǎn)物都是五氧化二磷，兩種磷在制備次磷酸阻燃劑中，能夠提升與液體水的混合比例。
次磷酸(H3PO2)，分子量60，與強(qiáng)氧化劑反應(yīng)時，產(chǎn)生磷酸氫及氫氣等，不會產(chǎn)生助燃?xì)怏w成分。
針對磷系阻燃劑的配比關(guān)系，其中次磷酸中磷含量占有比例在35%，亞磷酸中磷含量占有比例在27%，保證磷系元素達(dá)到理想的阻燃效果。
3 高分子材料阻燃技術(shù)的發(fā)展
3.1 納米技術(shù)
隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，納米技術(shù)也逐步應(yīng)用于高分子材料阻燃技術(shù)中，日本曾研發(fā)出納米硅酸鹽黏土納米材料，這種材料具有優(yōu)異的阻燃特性。
納米材料在燃燒過程中，產(chǎn)生抑制劑，改變?nèi)紵镔|(zhì)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，使其發(fā)生質(zhì)變。
研制出的納米硅酸鹽黏土分子直徑在0.4-0.5nm，產(chǎn)生的凝聚產(chǎn)物能夠封閉其氣孔，隔斷與空氣的接觸面積。
其次在熱釋放速率上也具有延緩效應(yīng)，保證有效時間內(nèi)散發(fā)的熱值最小。
3.2 接枝和交聯(lián)改性技術(shù)
接枝和交聯(lián)改性技術(shù)利用的是光敏技術(shù)與化學(xué)接枝，將多種無機(jī)化合物交織在一起，使其形成共聚化合物。
共聚化合物在燃燒過程中會產(chǎn)生無機(jī)絕緣層，吸收易燃物質(zhì)內(nèi)的高分子，減少助燃物質(zhì)內(nèi)的有效成分。
其次該技術(shù)也可用于減少燃燒物質(zhì)后的產(chǎn)物，提高其阻燃性，最終達(dá)到理想狀態(tài)。
3.3 膨脹技術(shù)
膨脹技術(shù)般采用發(fā)泡劑作為阻燃物質(zhì)，發(fā)泡劑具有三個優(yōu)點(diǎn)，包括：無排煙量、無毒氣、無滴落。
原有技術(shù)在做阻燃處理工藝中，產(chǎn)生大量的有毒氣體，例如四溴苯酚在阻燃處理工藝中，產(chǎn)生大量的有毒氣體，不但會污染環(huán)境，而且還對人體健康造成傷害。
無滴落主要體現(xiàn)在該阻燃劑不會產(chǎn)生腐蝕性液體，導(dǎo)致局部腐蝕。
4結(jié)語
通過對高分子材料阻燃技術(shù)的應(yīng)用分析，使得筆者對此該技術(shù)有了更為深刻的認(rèn)知。
這種技術(shù)不但能夠?qū)ξ镔|(zhì)燃燒起到阻燃特性，而且也不會污染環(huán)境。
參考文獻(xiàn)：
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阻燃性有機(jī)硅高分子材料的研究進(jìn)展【3】
【摘 要】隨著高分子材料的發(fā)展，阻燃劑以及阻燃材料的研制和應(yīng)用也快速發(fā)展。
因?yàn)椴牧闲阅芤约碍h(huán)保方面的要求日益嚴(yán)格，所以傳統(tǒng)上很多阻燃劑已經(jīng)無法滿足應(yīng)用要求，這就要求開發(fā)環(huán)保、低毒的阻燃劑。
有機(jī)硅高分子材料阻燃劑有著優(yōu)異的性能以及環(huán)保性，因此應(yīng)用潛力巨大。
本文首先簡要介紹阻燃劑尤其是有機(jī)阻燃劑，然后介紹有機(jī)硅阻燃劑的合成以及國內(nèi)外的研究進(jìn)展。
【關(guān)鍵詞】有機(jī)硅;高分子材料;阻燃性;研究
有機(jī)硅高分子材料以7.8鍵為主鏈，同時側(cè)基為乙烯基、甲基以及苯基等有機(jī)基團(tuán)，因?yàn)槠涮厥獾慕Y(jié)構(gòu)而決定其出眾的介電性、熱穩(wěn)定性以及生理惰性，在汽車制造、宇航以及醫(yī)療用品領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。
這些領(lǐng)域的應(yīng)有都要求有機(jī)硅高分子材料具備優(yōu)異的阻燃性，所以研究具備阻燃性有機(jī)硅高分子材料有著重要的意義。
1有機(jī)阻燃劑概述
阻燃劑主要是用來提高材料的抗燃性，從而避免材料被引燃并且要抑制火焰的傳播。
阻燃劑成為高分子材料發(fā)展的重要動力之一，使用量僅次于增塑劑。
阻燃劑根據(jù)不同類型的化合物分成有機(jī)阻燃劑、無機(jī)阻燃劑以及有機(jī)-無機(jī)混合阻燃劑這幾種類型。
其中無機(jī)阻燃劑應(yīng)用最為廣泛，需求量占到阻燃劑總量的50%以上。
理想阻燃劑需要有著阻燃效果好以及添加量少的優(yōu)點(diǎn)，同時要無煙無毒從而避免環(huán)境污染，并且對其他材料的性能影響小，有著良好的加工性能好，熱穩(wěn)定性高并且價格便宜等特帶你。
阻燃劑的這些要求，決定著阻燃劑以及阻燃技術(shù)的發(fā)展放心。
有機(jī)阻燃劑有著添加量少以及基材相容性好的優(yōu)點(diǎn)，同時對阻燃制品性能的影響也更小，不過現(xiàn)有的有機(jī)阻燃劑在燃燒時發(fā)煙量大同時揮發(fā)性大，熱穩(wěn)定性以及水解穩(wěn)定性都比較差。
目前研究的有機(jī)阻燃劑有氮系阻燃劑、鹵系阻燃劑、有機(jī)磷阻燃劑以及硅系阻燃劑等。
2有機(jī)硅阻燃劑的合成
有機(jī)硅高分子材料近年來開發(fā)出來的新型高效環(huán)保的無鹵阻燃劑，作為成炭型的抑煙劑，能夠賦予高聚物在阻燃以及抑煙的過程中，還可以改善材料的機(jī)械強(qiáng)度以及加工性能。
作用機(jī)理主要是硅氧烷燃燒過程中能夠生成硅，進(jìn)而碳阻隔層能夠隔絕樹脂與氧氣的接觸，避免熔體滴落，因此實(shí)現(xiàn)阻燃效果。
有機(jī)硅阻燃劑有著熱穩(wěn)定性良好的特點(diǎn)，這是由分子主鏈的-Si-O-鍵所決定。
有機(jī)硅閃點(diǎn)絕大多數(shù)都高于300℃，所有具有難燃性。
較為常見的有硅油、硅樹脂、硅橡膠以及聚硅氧烷等。
目前市場應(yīng)用的有機(jī)硅阻燃劑打斗是美國通用電器提供的SFR-100，是一種黏稠透明的硅酮聚合物，能夠與各種協(xié)同劑例如多磷酸胺等并用，已經(jīng)使用在聚烯烴阻燃，低用量可以滿足阻燃要求，高用量能夠賦予基材有意的抑煙性以及阻燃性。
研究人員通過研究有機(jī)硅高分子材料的阻燃性，發(fā)現(xiàn)在PU彈性體當(dāng)中加入粉末狀環(huán)氧以及硅氧烷，只需要加入5%，就能夠使HRR降低到80%，液態(tài)的硅氧烷則能夠降低HRR到50%。
通過分析阻燃PP，還能夠發(fā)現(xiàn)有機(jī)硅的復(fù)合物對PP有著明顯的阻燃以及減少熔滴效果。
3有機(jī)硅阻燃劑的國內(nèi)外研究進(jìn)展
1)國外研究進(jìn)展。
1981年坎貝爾等人發(fā)表關(guān)于聚碳酸酯與聚二甲基硅氧烷(PDMS)的共混，能夠提高PC阻燃性的報(bào)告。
不過PSMS自身阻燃效果不夠理想，為了改善阻燃性能，需要在其結(jié)構(gòu)當(dāng)中加入反應(yīng)性官能團(tuán)，例如端羥基、氨基以及環(huán)氧基等，如下圖所示。
1983年，GE公司采用1-40wt%的硅膠或者線性硅油，1-20wt%的有機(jī)化合物例如硬脂酸鎂和1-20wt%的有機(jī)硅樹脂制備熱塑性塑料使用的有機(jī)硅阻燃劑，能夠廣泛應(yīng)用于熱塑性塑料。
1985年，GE公司繼續(xù)開發(fā)用于尼龍樹脂的有機(jī)硅阻燃劑，通過添加10-50wt%，能夠達(dá)到理想的阻燃效果。
1990年，GE公司通過二羥基苯酚與羥基芳香酯硅氧烷進(jìn)行光氣化反應(yīng)制備出有機(jī)硅-聚碳酸酯共聚物，用來做阻燃絕緣層，同時與2003年研制聚碳酸酯硅氧烷阻燃材料，在加工流動性以及阻燃性方面性能良好。
日本的三菱瓦斯化學(xué)公司在羥苯基烷基封端的聚二甲基硅氧烷合成有機(jī)硅阻燃劑領(lǐng)域進(jìn)行了大量研究工作，并合成含有聚硅氧烷鏈段的一系列阻燃劑，有著良好的耐熱性、阻燃性、透明性以及低溫沖擊強(qiáng)度。
日本NEC公司研發(fā)商品化的硅酮系阻燃劑“XC-99-B56-54，是一種帶有芳香基同時含有支鏈結(jié)構(gòu)的聚硅氧烷，突出特點(diǎn)是對分子結(jié)構(gòu)當(dāng)中的苯基含量以及功能端基反應(yīng)性科學(xué)設(shè)計(jì)，從而達(dá)到最理想的水平。
比聚甲基硅氧烷有著更好的分散性，對PC/ABS、PC合金具較高的阻燃性。
2)國內(nèi)研究進(jìn)展。
我國科研機(jī)構(gòu)也在有機(jī)硅高分子材料的阻燃性方面進(jìn)行了大量工作。
歐育湘等人對有機(jī)硅阻燃劑SFR-100性能和PE應(yīng)用的效果展開了詳細(xì)的研究，SFR-100是非鹵成炭型的阻燃劑，一方面賦予聚烯烴良好的阻燃抑煙性，另一方面也改善材料加工性能，同時提高材料機(jī)械強(qiáng)度。
華東理工大學(xué)的劉述梅以及王瑜潤等合成苯基含量高的硅樹脂阻燃劑，實(shí)驗(yàn)表明如果硅樹脂中的苯基含量在80%～90%之間時，阻燃效果最優(yōu)并且對機(jī)械性能的影響也最低。
哈工大的黃玉東以及孫舉濤等人用苯基氯硅烷以及甲基為單體合成耐高溫的有機(jī)硅樹脂，不過在空氣氣氛之下，因?yàn)橛袡C(jī)基團(tuán)出現(xiàn)氧化分解而導(dǎo)致硅樹脂阻燃性有一定程度的下降。
浙江大學(xué)的楊輝以及周文君等人通過水解縮合法制備有機(jī)硅樹脂阻燃劑，在800℃以及N2氣氛之下，熱失重控制在38%之下，熱穩(wěn)定性優(yōu)異，通過往PC添加5%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))之后，氧指數(shù)從25%進(jìn)一步提高到35%。
4結(jié)語
總而言之，有機(jī)硅高分子材料有著性能優(yōu)異以及環(huán)保的優(yōu)點(diǎn)，符合目前阻燃劑發(fā)展的趨勢，一方面能夠提高阻燃效果，同時還能夠改善材料的加工性能以及機(jī)械性能。
有機(jī)硅高分子材料阻燃劑的各方面發(fā)展處于起步階段，簡化其合成工藝從而降低成本是有機(jī)硅阻燃劑繼續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵內(nèi)容。
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