一种残膜回收机防缠绕挑膜装置的制 一种秧草收获机用电力驱动行走机构

一种密封垫及其制备方法与应用与流程

2021-12-04 02:34:00 来源:中国专利 TAG:


1.本发明涉及橡胶密封垫技术领域,具体而言,涉及一种密封垫及其制备方法与应用。


背景技术:

2.氢化丁腈橡胶(hydrogenated nitrile rubber)(简写为hnbr或hsn),是丁腈橡胶中分子链上的碳碳双键加氢饱和得到的产物,也称为高饱和丁腈橡胶。
3.氢化丁腈橡胶具有良好耐油性能(对燃料油、润滑油、芳香系溶剂耐抗性良好);并且,由于其高度饱和的结构,使其具良好的耐热性能,优良的耐化学腐蚀性能(对氟利昂、酸、碱的具有良好的抗耐性),优异的耐臭氧性能,较高的抗压缩永久变形性能;同时氢化丁腈橡胶还具有高强度,高撕裂性能、耐磨性能优异等特点,是综合性能极为出色的橡胶之一。
4.但目前,氢化丁腈橡胶的加工过程中需要在一段硫化处理后在烘箱中以150℃的条件进行4

6h的二段硫化才能得到具有使用价值的橡胶产品。暂还未见仅采用一段硫化工艺即可得到可供使用的低压变氢化丁腈橡胶产品。
5.鉴于此,特提出本发明。


技术实现要素:

6.本发明的目的之一在于提供一种密封垫,按该密封垫的原料配方可在后续的加工过程中仅进行一段硫化工艺即获得良好成品性能。
7.本发明的目的之二在于提供一种上述密封垫的制备方法。
8.本发明的目的之三在于提供一种上述密封垫的应用,例如可用于换热器中。
9.本发明的目的之四在于提供一种具有上述密封垫的换热器。
10.本技术可这样实现:
11.第一方面,本技术提供一种密封垫,按重量份数计,其制备原料包括100份氢化丁腈橡胶、3

4份硫化剂以及60

100份炭黑;
12.氢化丁腈橡胶的牌号为at3904,硫化剂的牌号为kaox14

40b

pd

s,炭黑为中粒子热裂解炭黑。
13.在可选的实施方式中,炭黑的牌号为jx109或n990。
14.在优选的实施方式中,炭黑的牌号为jx109。
15.在可选的实施方式中,按相同的重量份数计,制备原料还包括5

10份纳米无机填料、1

8份助交联剂以及1

3份防老剂。
16.在优选的实施方式中,制备原料包括95份氢化丁腈橡胶、3.5份硫化剂、80份炭黑、7.5份纳米无机填料、4.5份助交联剂以及2份防老剂。
17.在可选的实施方式中,防老剂的牌号为445。
18.在可选的实施方式中,纳米无机填料为纳米氧化锌。
19.在可选的实施方式中,制备原料不含增塑剂。
20.在可选的实施方式中,密封垫的收缩率为1.8

2.3%,扯断拉伸强度为18

22mpa,拉断伸长率≥200%,硬度为75

85sha,撕裂强度为38

55kn/m,150℃下的压缩永久变形率≤26%。
21.第二方面,本技术提供如前述实施方式任一项密封垫的制备方法,包括以下步骤:将按配比混炼后的制备原料依次进行压延、半成品挤出成型、一次硫化成型。
22.在可选的实施方式中,一次硫化成型过程仅进行一段硫化,一段硫化于180

190℃的条件下进行5

10min。
23.在优选的实施方式中,一段硫化是于185℃的条件下进行5

10min。
24.第三方面,本技术提供如前述实施方式任一项的密封垫的应用,例如可用于换热器中。
25.在可选的实施方式中,密封垫用于油田混合油换热器中。
26.第四方面,本技术提供一种换热器,其具有前述实施方式任一项的密封垫。
27.在可选的实施方式中,换热器为油田混合油换热器。
28.本技术的有益效果包括:
29.本技术通过以特定牌号的氢化丁腈橡胶、过氧化物硫化剂以及中粒子热裂解炭黑按特定用量配合,可在仅进行一段硫化处理的条件下使所得的橡胶产品的体积增大达到最大化,有效提高橡胶产品的交联密度和弹性,在炭黑填充量最大的同时还能有效降低橡胶产品的收缩率。
具体实施方式
30.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者,按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者,均为可以通过市售购买获得的常规产品。
31.下面对本技术提供的密封垫及其制备方法与应用进行具体说明。
32.本技术提出一种密封垫,按重量份数计,其制备原料包括100份氢化丁腈橡胶、3

4份硫化剂以及60

100份炭黑。
33.可参考地,与100份氢化丁腈橡胶复配的硫化剂的用量可以为3份、3.2份、3.5份、3.8份或4份等,也可以为3

4范围内的其它任意值。
34.与100份氢化丁腈橡胶复配的炭黑的用量可以为60份、65份、70份、75份、80份、85份、90份、95份或100份等,也可以为60

100范围内的其它任意值。
35.其中,氢化丁腈橡胶的牌号为at3904,硫化剂的牌号为knox14

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s,炭黑为中粒子热裂解炭黑。
36.上述牌号为at3904的氢化丁腈橡胶的丙烯腈含量为39%左右,100℃的门尼粘度为39,残余双键含量<0.9。
37.采用牌号为at3904的氢化丁腈橡胶可同时具有较高的高丙烯腈含量以及较低的门尼粘度,可使得密封垫具有较高的耐油性以及较优的加工性能。
38.值得说明的是,同样残余双键含量<0.9的牌号为3607和3907的氢化丁腈橡胶却
远远达不到at3904的效果,例如,牌号为3607的氢化丁腈橡胶耐油性差,牌号为3907的氢化丁腈橡胶加工性差。
39.本技术中,硫化剂为过氧化物硫化剂,具体牌号为knox14

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s。该硫化剂具有高温压缩永久变形小和气味小(几乎无味)的特点。可参考地,该硫化剂的拉伸强度为20mpa左右,伸长率为280%左右,硬度为80sha左右,撕裂强度为50kn/mm左右,高温压变为15%左右。
40.值得说明的是,在硬度均为80sha的条件下,同为过氧化物的牌号为dcp和101的硫化剂会使得胶料高温压缩永久变形大,不能通过一次硫化即得到满足要求的产品。
41.本技术中,热裂解法炭黑在炭黑中具有较大的粒子尺寸和较低的比表面积。
42.在可选的实施方式中,炭黑的牌号可以为jx109或n990,该牌号对应的炭黑具有在产品中填充量高,可使相应产品弹性好、收缩率低。结合经济效益等综合考虑,优选为jx109。
43.值得说明的是,在最终产品硬度均保持在80sha左右的条件下,牌号为jx109或n990的炭黑较牌号为n330和n550的炭黑对产品的收缩率影响明显更小,有利于通过一次硫化得到满足要求的产品。
44.通过以上述牌号的氢化丁腈橡胶、过氧化物硫化剂以及中粒子热裂解炭黑按本技术提供的用量配合,可使所得的橡胶产品的体积增大达到最大化,并有效提高橡胶产品的交联密度和弹性,在炭黑填充量最大的同时还能有效降低橡胶产品的收缩率。
45.进一步地,本技术的制备原料还可包括助剂,如无机填料、助交联剂和防老剂等,以提高产品耐酸碱和耐老化等方面的性能,延长产品的使用寿命。
46.按相同的重量份数计,制备原料可包括5

10份纳米无机填料、1

8份助交联剂以及1

3份防老剂。
47.可参考地,纳米无机填料的用量可以为5份、5.5份、6份、6.5份、7份、7.5份、8份、8.5份、9份、9.5份或10份等,也可以为5

10范围内的其它任意值。
48.交联剂的用量可以为1份、2份、3份、4份、5份、6份、7份或8份,也可以为1

8范围内的其它任意值。
49.防老剂的用量可以为1份、1.5份、2份、2.5份或3份等,也可以为1

3范围内的其它任意值。
50.在优选的实施方式中,制备原料包括95份氢化丁腈橡胶、3.5份硫化剂、80份炭黑、7.5份纳米无机填料、4.5份助交联剂以及2份防老剂。该优选配比条件下获得的密封垫的性能更优。
51.在可选的实施方式中,防老剂的牌号可以为445,其具有耐高温的优势。纳米无机填料为纳米氧化锌。助交联剂采用橡胶领域中常用的物质均可,如三丙烯酸三羟甲基丙烷酯、n,n
′‑
对苯基双马来酰亚胺和1,2

聚丁二烯等。
52.本技术中,制备原料不含增塑剂。
53.就目前氢化丁腈橡胶产品而言,其制备原料中通常均含有增塑剂以提高聚合物的可塑性和强度。但本技术的氢化丁腈橡胶制备原料中不添加增塑剂,依然可使产品具有较佳的可塑性和强度。而且,通过不使用增塑剂还可避免增塑剂使用不当造成的毒害作用,提高安全性和环保性。
54.在可选的实施方式中,本技术提供的密封垫的收缩率为1.8

2.3%,断裂拉伸强度为18

22mpa,拉断伸长率≥200%,硬度为75

85sha,撕裂强度为38

55kn/m,150℃下的压缩永久变形率≤26%。压缩永久变形率对应的压缩率为25%,也即此处的压缩率指做压缩永久变型时试样在压变器中压缩25%,在150℃烘箱中放置24h,结束后把试样从压变器中取出,在常温下放置30min,测量的试块高度减小量即为高温压缩变形。
55.相应地,本技术还提供了上述密封垫的制备方法,包括以下步骤:将按配比混炼后的制备原料依次进行压延、半成品挤出成型、一次硫化成型。
56.上述过程中的压延和半成品挤出成型过程均可参照现有技术,在此不做过多赘述。
57.需要强调的是,目前氢化丁腈橡胶的加工过程中需要在一段硫化处理后在烘箱中以150℃左右的条件进行4

6h的二段硫化才能得到具有使用价值的橡胶产品(也即需要进行两次硫化)。而本技术中的一次硫化成型过程无需进行二段硫化,仅进行一段硫化即可。
58.在可选的实施方式中,一段硫化可以于180

190℃(如180℃、185℃或190℃等)的条件下进行5

10min(如5min、8min或10min等),优选于185℃的条件下进行5

10min。
59.通过以上述条件进行一段硫化,所得的胶料产品收缩率约为1.8

2%,仅进行一段硫化的方式有效缩短了整个加工流程,大大提高了经济效益。
60.并且,胶料产品的上述收缩率较符合三元乙丙橡胶模具和丁腈橡胶模具,在实际生产中,硫化直接使用现有的三元乙丙橡胶模具或丁腈橡胶模具生产即可,三种胶料共用一套模具,无需单独另开符合氢化丁腈橡胶收缩率的新模具,可为橡胶企业节省大量的开模具费用。
61.此外,本技术还提供了上述密封垫的应用,例如可用于换热器中,尤其是用于油田混合油换热器中,可提高换热器的密封性以及耐油性,延长换热器的使用寿命。
62.相应地,本技术还提供了一种换热器(如油田混合油换热器),其具有上述密封垫。
63.以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。
64.实施例1
65.本实施例提供了一种密封垫,按重量份数计,其制备原料包括100份氢化丁腈橡胶、3.5份硫化剂、80份炭黑、7.5份纳米无机填料、4.5份助交联剂以及2份防老剂,且不含增塑剂。
66.其中,氢化丁腈橡胶的牌号为at3904,硫化剂的牌号为knox14

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pd

s,炭黑牌号为jx109,防老剂的牌号为445,纳米无机填料为纳米氧化锌,助交联剂为三丙烯酸三羟甲基丙烷酯。
67.该密封垫的制备过程包括:
68.将上述制备原料按配比进行混炼,随后压延、半成品挤出成型,于185℃的条件下一段硫化10min,得到适用于油田混合油换热器的密封垫。
69.对上述密封垫进行性能测试,其中,收缩率参照《gjb5873

2006》进行测定,拉断伸长率参照《gb/t528

2009》进行测定,断裂拉伸强度参照《gb/t528

2009

》进行测定,断裂强度参照《gb/t529》进行测定,撕裂强度参照《gb/t529

2008》进行测定,硬度参照《gb/t531.1

2008》进行测定,150℃下的压缩永久变形率参照《gb/t7759.1

2915》进行测定。
70.其结果显示:该密封垫的尺寸收缩率为1.8%,拉断伸长率为280%,断裂拉伸强度
为22mpa,撕裂强度为55kn/m,硬度为80sha,150℃下的压缩永久变形率为13%。
71.实施例2
72.本实施例提供了一种密封垫,其与实施例1的区别仅在于制备原料的配比不同。
73.具体的:按重量份数计,其制备原料包括100份氢化丁腈橡胶、3份硫化剂、60份炭黑、5份纳米无机填料、1份助交联剂以及1份防老剂,且不含增塑剂。
74.其中,氢化丁腈橡胶的牌号为at3904,硫化剂的牌号为knox14

40b

pd

s,炭黑牌号为jx109,防老剂的牌号为445,纳米无机填料为纳米氧化锌,助交联剂为三丙烯酸三羟甲基丙烷酯。
75.该密封垫的制备过程包括:
76.将上述制备原料按配比进行混炼,随后压延、半成品挤出成型,于185℃的条件下一段硫化10min,得到适用于油田混合油换热器的密封垫。
77.按实施例1相同的测试条件和方法对本实施例的密封垫进行性能测试,其结果显示:该密封垫的收缩率为2.2%,拉断伸长率为320%,断裂拉伸强度为20mpa,撕裂强度为52kn/m,硬度为76sha,150℃下的压缩永久变形率为20%。
78.实施例3
79.本实施例提供了一种密封垫,其与实施例1的区别仅在于制备原料的配比不同。
80.具体的:按重量份数计,其制备原料包括100份氢化丁腈橡胶、4份硫化剂、100份炭黑、10份纳米无机填料、8份助交联剂以及3份防老剂,且不含增塑剂。
81.其中,氢化丁腈橡胶的牌号为at3904,硫化剂的牌号为knox14

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pd

s,炭黑牌号为jx109,防老剂的牌号为445,纳米无机填料为纳米氧化锌,助交联剂为三丙烯酸三羟甲基丙烷酯。
82.该密封垫的制备过程包括:
83.将上述制备原料按配比进行混炼,压延、半成品挤出成型,于185℃的条件下一段硫化10min,得到适用于油田混合油换热器的密封垫。
84.按实施例1相同的测试条件和方法对本实施例的密封垫进行性能测试,其结果显示:该密封垫的收缩率为2.0%,拉断伸长率为269%,断裂拉伸强度为19mpa,撕裂强度为45kn/m,硬度为83sha,150℃下的压缩永久变形率为17%。
85.实施例4
86.本实施例提供了一种密封垫,其与实施例1的区别仅在于制备原料的配比不同。
87.具体的:按重量份数计,其制备原料包括100份氢化丁腈橡胶、3.8份硫化剂、70份炭黑、8份纳米无机填料、3份助交联剂以及2.5份防老剂,且不含增塑剂。
88.其中,氢化丁腈橡胶的牌号为at3904,硫化剂的牌号为knox14

40b

pd

s,炭黑牌号为jx109,防老剂的牌号为445,纳米无机填料为纳米氧化锌,助交联剂为三丙烯酸三羟甲基丙烷酯。
89.该密封垫的制备过程包括:
90.将上述制备原料按配比进行混炼,压延、半成品挤出成型,于185℃的条件下一段硫化10min,得到适用于油田混合油换热器的密封垫。
91.按实施例1相同的测试条件和方法对本实施例的密封垫进行性能测试,其结果显示:该密封垫的收缩率为2.3%,拉断伸长率为240%,断裂拉伸强度为21mpa,撕裂强度为
43kn/m,硬度为77sha,150℃下的压缩永久变形率为16%。
92.实施例5
93.本实施例提供了一种密封垫,其与实施例1的区别仅在于制备原料的配比不同。
94.具体的:按重量份数计,其制备原料包括100份氢化丁腈橡胶、3.2份硫化剂、80份炭黑、6份纳米无机填料、6份助交联剂以及1.5份防老剂,且不含增塑剂。
95.其中,氢化丁腈橡胶的牌号为at3904,硫化剂的牌号为knox14

40b

pd

s,炭黑牌号为jx109,防老剂的牌号为445,纳米无机填料为纳米氧化锌,助交联剂为三丙烯酸三羟甲基丙烷酯。
96.该密封垫的制备过程包括:
97.将上述制备原料按配比进行混炼,压延、半成品挤出成型,于185℃的条件下一段硫化10min,得到适用于油田混合油换热器的密封垫。
98.按实施例1相同的测试条件和方法对本实施例的密封垫进行性能测试,其结果显示:该密封垫的收缩率为2.1%,拉断伸长率为210%,断裂拉伸强度为18mpa,撕裂强度为48kn/m,硬度为77sha,150℃下的压缩永久变形率为22%。
99.实施例6
100.本实施例提供了一种密封垫,其与实施例1的区别仅在于制备原料中的炭黑的牌号为n990。
101.按实施例1相同的测试条件和方法对本实施例的密封垫进行性能测试,其结果显示:该密封垫的收缩率为2.0%,拉断伸长率为210%,断裂拉伸强度为20mpa,撕裂强度为45kn/m,硬度为78sha,150℃下的压缩永久变形率为16%。
102.实施例7
103.本实施例提供了一种密封垫,其与实施例1的区别仅在于制备原料中的助交联剂为n,n
′‑
对苯基双马来酰亚胺。
104.按实施例1相同的测试条件和方法对本实施例的密封垫进行性能测试,其结果显示:该密封垫的收缩率为2.3%,拉断伸长率为240%,断裂拉伸强度为18mpa,撕裂强度为49kn/m,硬度为83sha,150℃下的压缩永久变形率为19%。
105.实施例8
106.本实施例提供了一种密封垫,其与实施例1的区别仅在于制备原料中的助交联剂为1,2

聚丁二烯。
107.按实施例1相同的测试条件和方法对本实施例的密封垫进行性能测试,其结果显示:该密封垫的收缩率为2.2%,拉断伸长率为260%,断裂拉伸强度为19mpa,撕裂强度为46kn/m,硬度为75sha,150℃下的压缩永久变形率为26%。
108.实施例9
109.本实施例提供了一种密封垫,其与实施例1的区别仅在于制备过程中一段硫化于180℃的条件下进行10min。
110.按实施例1相同的测试条件和方法对本实施例的密封垫进行性能测试,其结果显示:该密封垫的收缩率为2.1%,拉断伸长率为255%,断裂拉伸强度为21mpa,撕裂强度为45kn/m,硬度为78sha,150℃下的压缩永久变形率为20%。
111.实施例10
112.本实施例提供了一种密封垫,其与实施例1的区别仅在于制备过程中一段硫化于190℃的条件下进行5min。
113.按实施例1相同的测试条件和方法对本实施例的密封垫进行性能测试,其结果显示:该密封垫的收缩率为1.9%,拉断伸长率为200%,断裂拉伸强度为22mpa,撕裂强度为38kn/m,硬度为86sha,150℃下的压缩永久变形率为17%。
114.对比例1
115.以实施例1为例,本对比例与实施例1的区别主要在于氢化丁腈橡胶的牌号选用不同(具体如表1所示的3607完全氢化型和3907完全氢化型),其余条件均同实施例1。
116.表1 不同牌号的氢化丁腈橡胶
[0117][0118][0119]
按实施例1相同的测试条件和方法对本对比例的密封垫进行性能测试,其结果显示:
[0120]
氢化丁腈橡胶牌号为3607对应制得的密封垫的收缩率为2.5%,拉断伸长率为270%,断裂拉伸强度为21mpa,撕裂强度为52kn/m,硬度为78sha,150℃下的压缩永久变形率为24%。
[0121]
氢化丁腈橡胶牌号为3907对应制得的密封垫的收缩率为2.8%,拉断伸长率为230%,断裂拉伸强度为21mpa,撕裂强度为47kn/m,硬度为78sha,150℃下的压缩永久变形率为24%。
[0122]
由此可以看出,并非任何氢化丁腈橡胶均适用于本技术中仅进行一段硫化的工艺并得到性能优良的密封垫产品。
[0123]
对比例2
[0124]
以实施例1为例,本对比例与实施例1的区别主要在于炭黑的牌号的选用以及炭黑的用量不同(具体如表2所示的n330炭黑和n550炭黑),其余条件均同实施例1。
[0125]
表2 不同牌号的炭黑
[0126]
各种炭黑n330n550jx109用量50份55份80份
[0127]
按实施例1相同的测试条件和方法对本对比例的密封垫进行性能测试,其结果显示:
[0128]
炭黑牌号为n330对应制得的密封垫的收缩率为2.5%,硬度为80sha。
[0129]
炭黑牌号为n550对应制得的密封垫的收缩率为2.4%,硬度为80sha。
[0130]
由此可以看出,在产品硬度均等的情况下,本技术实施例1所采用的炭黑在产品中具有更高的填充量,相应的密封垫具有较低的收缩率。
[0131]
对比例3
[0132]
以实施例1为例,本对比例与实施例1的区别主要在于过氧化物硫化剂的牌号选用不同(具体为dcp硫化剂和101硫化剂),其余条件均同实施例1。
[0133]
按实施例1相同的测试条件和方法对本对比例的密封垫进行性能测试,其结果显示:
[0134]
硫化剂牌号为dcp对应制得的密封垫的拉断伸长率为270%,断裂拉伸强度为19mpa,撕裂强度为52kn/m,硬度为80sha,150℃下的压缩永久变形率为20%。
[0135]
硫化剂牌号为101对应制得的密封垫的拉断伸长率为255%,断裂拉伸强度为21mpa,撕裂强度为51kn/m,硬度为80sha,150℃下的压缩永久变形率为23%。
[0136]
由此可以看出,本技术实施例1所采用的硫化剂能够使密封垫具有较小的高温(150℃)压缩永久变形。
[0137]
对比例4
[0138]
以实施例1为例,本对比例与实施例1的区别主要在于原料中使用有增塑剂(分别为totm和tp759),其余条件均同实施例1。
[0139]
按实施例1相同的测试条件和方法对本对比例的密封垫进行性能测试,其结果显示:
[0140]
使用有牌号为totm的增塑剂对应制得的密封垫的伸长率为260%,断裂拉伸强度为20mpa,撕裂强度为47kn/m,硬度为80sha,150℃下的压缩永久变形率为28%。
[0141]
使用有牌号为tp759的增塑剂对应制得的密封垫的拉断伸长率为230%,断裂拉伸强度为20mpa,撕裂强度为44kn/m,硬度为80sha,150℃下的压缩永久变形率为20%。
[0142]
由此可以看出,本技术实施例1不采用增塑剂能够使密封垫具有较小的高温(150℃)压缩永久变形,且能避免增塑剂可能存在的毒害问题,安全环保。
[0143]
对比例5
[0144]
以实施例1为例,本对比例与实施例1的区别主要在于硫化工艺条件不同,其余条件均同实施例1,具体工艺参照表3。
[0145]
表3 硫化工艺
[0146] abc一段硫化160

170℃,10min180

185℃,10min180

185℃,10min二段硫化150℃,4

6h150℃,4

6h免二段
[0147]
按实施例1相同的测试条件和方法对本对比例的密封垫进行性能测试,其结果显示:
[0148]
硫化工艺为a对应制得的密封垫的收缩率为2.8%。
[0149]
硫化工艺为b对应制得的密封垫的收缩率为2.3%。
[0150]
硫化工艺为c(实施例1)对应制得的密封垫的收缩率为1.8%。
[0151]
由此可以看出,本技术实施例1通过免二段硫化工艺,仅以185℃处理10min的一段硫化工艺可使所得的密封垫具有较小高温压变,有利于提高密封性能。
[0152]
综上,由本技术提供的原料和配比制备得到的密封垫弹性大、交联密度高、收缩率
适宜,且能够在制备过程中免二段硫化,仅在一段硫化后即投入使用,缩短了加工流程,大大提高了经济效益。上述密封垫可用于换热器(尤其是油田混合油换热器)中,提高换热器的密封效果。
[0153]
以上仅为本发明的优选实施例而已,并不用于限制本发明,对于本领域的技术人员来说,本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
再多了解一些

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