聚合物复合材料的成型工艺

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1、 特 点 :v 比 强 度 大 , 比 模 量 大 ;v 耐 疲 劳 性 能 好 ; 减 震 性 能 好 ;v 耐 烧 蚀 性 能 好 ;v 工 艺 性 好 。3.1 聚 合 物 基 复 合 材 料 3.1.1基 体 材 料(一 ) 热 固 性 聚 合 物 : .不 饱 和 聚 酯 树 脂a. 结 构 特 征 : 由 饱 和 二 元 酸 、 不 饱 和 二 元 酸 与 二元 醇 经 缩 聚 反 应 合 成 的 线 型 预 聚 体 。b.固 化 : 固 化 剂 - 乙 烯 、 苯 乙 烯 、 丁 二 烯 等 单 体 。 引 发 剂 - 过 氧 化 物 ( 加 热 固 化 ) 促 进 剂 - 苯

2、胺 类 和 有 机 钴 , 室 温 固 化 。 c.特 点v粘 度 低 , 工 艺 性 好 。v综 合 性 能 好 , 价 廉 , 用 量 约 占 80% 。v有 毒 , 体 积 收 缩 大 , 耐 热 性 、 强 度 和 模量 较 低 。v一 般 不 与 高 强 度 的 碳 纤 维 复 合 , 与 玻 璃纤 维 复 合 制 作 次 受 力 件 。 a. 双 酚 型 其 中 R: CH3- C -CH3A 丙 基 - CH2 - F 亚 甲 基 O- S -OS 砜 双 酚 型 环 氧 含 硬 性 苯 环 , 链 刚 性 较 高 , 只 能 用 于 聚合 度 低 的 树 脂 。 耐 热 性 好

3、 , 强 度 高 , 韧 性 差 。(2)、 环 氧 树 脂固 化 特 点 : 环 氧 活 性 基 都 在 链 两 端 , 固 化 交 联 点 不 高 。 b. 非 双 酚 型 三 聚 氰 酸 环 氧 含 三 氮 杂 环 , 有 自 熄 性 ,耐 电 弧 性 好 。 链 内 含 有 环 氧 基 , 交 联 密 度 高 , 结 合强 度 及 耐 热 性 均 提 高 。 c. 胺 基 环 氧 含 高 极 性 的 酰 胺 键 , 粘 结 性 好 , 力 学 性能 较 高 ; 但 耐 水 性 差 , 电 性 能 有 所 下 降 。 d. 脂 环 族 环 氧 不 含 苯 环 , 含 脂 环 , 稳 定

4、性 更 高 , 热 学 性 能 好 ,耐 紫 外 线 , 不 易 老 化 。 粘 度 低 , 工 艺 性 好 。 e. 脂 肪 族 环 氧 - 高 韧 性 环 氧 无 六 环 状 硬 性 结 构 , 冲 击 韧 性 好 , 但 与 纤 维结 合 力 较 差 。 环 氧 树 脂 固 化 : 环 氧 树 脂 分 子 中 都 含 有 活 泼 的 环 氧 基 团 , 可 与 多种 固 化 剂 交 联 , 形 成 网 状 结 构 。常 用 固 化 剂 : 二 元 胺 类 、 二 元 酸 酐 类 。 芳 香 族 胺 或 咪 唑 类 固 化 剂 , 可 提 高 强 度 及 耐 热性 , 但 冲 击 韧 性

5、会 降 低 。潜 伏 剂 : 单 组 份 产 品 可 加 入 潜 伏 剂 , 如 双 氰 胺 , 室 温 下可 存 放 6个 月 , 145 165 下 , 80 min可 固 化 。 粘 附 力 好 , 韧 性 较 好 , 收 缩 率 低 。 复 合 材料 强 度 高 , 尺 寸 稳 定 。 电 性 能 好 。 介 电 强 度 高 , 耐 电 弧 优 良 的 绝缘 材 料 。 耐 酸 碱 耐 溶 剂 性 强 。 热 稳 定 性 良 好 。环 氧 树 脂 特 点 : (3) 酚 醛 树 脂 由 酚 和 醛 缩 合 而 成 。 酚 /醛 0.9, 碱 催 化 可 得 体 型 热 固 性 树脂 。

6、 OH C - HOH 15 3固 化 : 加 热 固 化 加 固 化 剂 , 如 六 次 甲 基 四 胺 或 有 机 酸 。 碱 性 固 化 剂 仍 需 加 热 , 酸 性 固 化 剂 可 室 温 固 化 。分 子 结 构 特 点 : 耐 热 性 高 , 可 达 315 。 价 格 最 低 。 粘 附 性较 差 , 收 缩 率 大 ,气 孔 率 高 , 性 脆 。改 性 : 引 入 柔 性 链 。 如 : 聚 乙 烯 醇 缩 丁 醛 降 低 树 脂 中 -OH 基 的 含 量 。 如 : 以 苯 胺 或 二甲 苯 取 代 部 分 苯 酚 。 提 高 电 性 能 。 硼 酸 改 性 酚 。 吸

7、 水 性 、 耐 热 性 、 脆 性 和 电 学性 能 均 提 高 。 应 用 :v酚 醛 树 脂 一 般 不 与 碳 纤 维 复 合 , 与 玻 璃 纤维 复 合 后 , 多 用 于 电 器 绝 缘 材 料 。v碳 含 量 高 78 , 碳 化 收 率 达 63 , 因 此 可用 于 制 作 烧 蚀 材 料 , 用 于 导 弹 、 航 天 器 再入 大 气 层 的 防 护 层 。 ( 二 ) 热 塑 性 聚 合 物 与 热 固 性 聚 合 物 相 比 : 力 学 性 能 、 耐 热 性 、 抗 老 化 性 等 都 较 差 。 工 艺 简 单 、 周 期 短 、 成 本 低 、 密 度 小 、

8、 应 用 广 。 聚 丙 烯 柔 性 无 极 性 链 。 与 纤 维 浸 润 性 、 结 合 力 较 差 。 复 合 增 强 效果 有 限 。 原 料 来 源 广 泛 , 价 格 低 , 普 通 民 用 。 . 聚 酰 胺 ( 尼 龙 ) 链 中 含 大 量 酰 胺 键 , 链 间 以 氢 键 连 接 。 结 合 力 强 , 强 度 高 ,耐 磨 性 好 。 使 用 温 度 100 , 吸 水 率 高 。 常 用 品 种 : 尼 龙 6、 66、 1010、 610等 。 (3) 聚 碳 酸 酯 由 双 酚 A的 钠 盐 与 碳 酸 双 酰 氯 缩 聚 而 成 O- C- -O-C + NaC

9、lCH3CH3 ONaO- -C- -ONa + Cl-C-Cl CH3CH3 O 刚 性 苯 环 ; 变 形 小 , 抗 蠕 变 , 尺 寸 稳 定 。可 与 玻 璃 纤 维 和 碳 纤 维 复 合 。 (4) 聚 砜 以 砜 和 苯 环 连 结 成 硬 性 链 , 可 在 100150 下 长 期 使 用 。 可 与 碳 纤 维 复 合 , 用 于 宇 航 和 汽 车 工 业 。 此 外 : 耐 高 温 的 聚 酰 亚 胺 、 双 马 来 酰 亚 胺等 杂 环 结 构 的 聚 合 物 , 耐 温 可 达 300 400 ,也 常 作 为 复 合 材 料 的 基 材 。 3.1.2 聚 合

10、物 基 复 合 材 料 基 本 性 能 具 有 较 高 的 比 强 度 和 比 模 量 。 抗 疲 劳 性 能 好 , 安 全 性 高 。 减 振 、 隔 音 、 保 温 、 隔 热 。 弹 性 模 量 不 高 、 断 裂 延 伸 率 小 、 抗 冲 击 强 度差 、 横 向 强 度 、 层 间 剪 切 强 度 低 。 手 工 劳 动 强 度 大 , 质 量 不 稳 定 。 品 种 1、 GF增 强 热 固 性 塑 料 ( GFRP) - 玻 璃 钢 、 聚 酯 玻 璃 钢 加 工 性 能 最 好 。 低 粘 度 , 可 室 温 固 化 ; 价 低 , 用 量占 80% 。 、 环 氧 玻 璃

11、 钢 综 合 力 学 性 能 最 好 , 耐 蚀 性 好 ; 粘 度 大 , 施 工 困 难 。 酚 醛 玻 璃 钢 耐 热 性 最 好 , 50% 、 尺 寸 稳 定 性 提 高 3、 高 强 度 纤 维 增 强 塑 料 、 C纤 维 增 强 塑 料 比 强 度 , 比 模 量 最 高 的 材 料 ; 耐 腐 蚀 耐 热 都 很 好 。 抗 冲 击 性 差 , 价 格 昂 贵 。 、 芳 纶 纤 维 增 强 塑 料 与 塑 料 相 容 性 好 , 价 格 适 中 , 应 用 前 景 广 泛 。 抗 拉 强 度 与 C纤 维 相 当 , 冲 击 强 度 远 高 于 C纤 维 ; 振 动 衰 减

12、 是 玻 璃 钢 的 4 5倍 。 抗 压 性 能 差 。 、 B纤 维 增 强 塑 料 突 出 优 点 是 刚 度 好 , 价 格 比 C纤 维 还 贵 。 、 SiC纤 维 增 强 塑 料 突 出 优 点 是 与 树 脂 相 容 性 好 。 碳 纤 维 头 盔 地 铁 闸 瓦 芳纶纤维增强C纤维增强 聚 合 物 基 复 合 材 料 的 性 能 在 与体 系 确 定 后 , 主 要 决 定 于 。主 要 包 括 以 下 两 个 方 面 : 一 是 , 即 将 按 产 品 的 要 求 , 铺 置成 一 定 的 形 状 , 一 般 就 是 产 品 的 形 状 ; 二 是 , 即 把 已 铺 置

13、成 一 定 形 状 的, 在 温 度 、 时 间 和 压 力 等 因 素 影 响 下 使下 来 , 并 能 达 到 预 期 的 性 能 要 求 。 3.2.1基 体 树 脂 的 选 取 :v 受 力 结 构 件 首 选 热 固 性 树 脂 ; 大 量 使 用 、 连 续 挤压 次 受 力 件 可 选 热 塑 性 树 脂 ( 如 建 筑 装 饰 ) 。v 90)(7)表 面 处 理 过 程 (8)脱 模 剂 种 类薄 膜 型 脱 模 剂 v聚 酯 薄 膜 ( 0.04mm 或 0.1mm) 变 形 性 小 , 价 格 贵平 板 、 波 形 板v聚 乙 烯 醇 薄 膜柔 软 性 好 , 形 状 较

14、 复 杂 件v聚 乙 烯 薄 膜变 形 性 较 好 , 价 格 便 宜 , 但 表 面 光 洁 度 较 聚 酯 薄 膜 差 ,不 易 铺 平 , 不 能 重 复 使 用 。 液 体 脱 模 剂v聚 乙 烯 醇 溶 液 100150 , 干 燥 慢v醋 酸 纤 维 素150200 , 光 亮 、 平 整 、 毒 性 小 : 价 格 贵 , 与 环 氧玻 璃 钢 易 粘 结 , 常 与 其 它 脱 模 剂 配 合 使 用v聚 苯 乙 烯 环 氧 树 脂 , 100 ,有 毒v过 氯 乙 烯渗 透 性 好 , 多 孔 性 模 具 , 不 能 与 制 品 直 接 接 触 ,120 v硅 橡 胶 和 硅

15、 油150200 , 涂 模 后 宜 烘 烤 150200 /1-2h 油 膏 、 蜡 类 脱 模 剂v油 膏 类 硅 脂 、 HK-50耐 热 油 膏 、 变 压 器 油 、 黄 干 油 、凡 士 林 油v蜡 类 省 工 省 料 、 价 格 便 宜 , 脱 模 效 果 好 , 80 脱 模 剂 使 用 : 清 洗 模 具 表 面 , 涂 蜡 , 毛 巾 布干 擦 , ( 溶 剂 挥 发 ) 硬 化 v1940年 美 国 玻 璃 纤 维 增 强 聚 酯 雷 达 罩v1958年 我 国 玻 璃 钢 艇A 色 料填 料+ 尺 寸 修 整缺 陷 修 补 不 受 产 品 尺 寸 和 形 状 限 制 ,

16、 适 宜、 、 产 品 的 生 产 ; 、 、 设 备 ; ; 易 于 满 足 产 品 设 计 要 求 , 可 以 在产 品 不 同 部 位 制 品 , 。 低 , 大 ,差 。 不 易 控 制 , 不 高 。 产 品 较 低 。 将 分 别 混 有 促 进 剂 和 引 发 剂 的从 喷 枪 两 侧 ( 或 在 喷 枪 内 混 合 ) 喷出 , 同 时 将 由 喷 枪 中 心喷 出 , 与 树 脂 一 起 。 氧 化 甲 乙 酮 对 所 用 原 材 料 有 一 定 要 求 , 例 如树 脂 体 系 的 , 、和 以 及 等 。 最 常 用 的 树 脂 是 在 室 温 或 稍 高 温 度 下 即

17、 可固 化 的 等 。 玻 璃 粗 砂 代 替 织 物 , 降 低 成 本 ;可 提 高 24倍 ;产 品 整 体 性 好 , 无 接 痕 ;可 减 少 飞 边 , 裁 布 屑 ;尺 寸 不 少 限 制 。树 脂 含 量 高 , 制 品 强 度 低 ;单 面 光 滑 ;污 染 环 境优点缺点 大 型 船 体浴 盆机 械 外 罩 是 一 种 古 老 的 技 术 , 早 在 20世纪 初 就 出 现 了 酚 醛 塑 料 模 压 成 型 。 模 压 成 型 是 一 种 对 和都 适 用 的 纤 维 复 合 材 料 成 型 方 法 。 将 定 量 的 放 入 金 属 对 模中 , 经 加 热 、 加

18、压 固 化 成 型 的 方 法 。 模 压 料 的 组 成v合 成 树 脂 ( 环 氧 树 脂 、 酚 醛 树 脂 )v增 强 材 料v( 无 捻 粗 纱 、 有 捻 粗 砂 、 连 续 玻 璃 纤 维 束 、v辅 助 材 料 稀 释 剂 、 表 面 处 理 剂 ( 偶 联 剂 ) 、 固 化 剂 和 促 进 剂 、脱 模 剂 、 着 色 剂 、 填 料硬 脂 酸 盐 熔 点 相 差 20%重 量 2% 沃 兰硅 烷钛 酸 酯甲 基 丙 烯 酸 氯 化铬 络 合 物 15-20%碳 酸 钙 、 滑 石 粉 、石 英 粉 、 云 母 粉活 化 填 料 模 压 成 型 工 艺 有 , , 多 数

19、结 构 复 杂 的 制 品 可, 无 需 二 次 加 工 , 制 品 外 观 及 尺 寸 的 ,容 易 实 现 等 。 , 压 机 及 模 具 ,制 品 尺 寸 受 设 备 限 制 , 一 般 只的 中 、 小 型 制 品 。 已 成 为 复 合 材 料 的 重 要成 型 方 法 , 在 各 种 成 型 工 艺 中 所 占 比 例 仅次 于 和 , 居 第 三 位 。 近 年 来 随 着 专 业 化 、 自 动 化 和 生 产 效率 的 提 高 , 制 品 成 本 不 断 降 低 , 使 用 范 围越 来 越 广 泛 。 主 要 用 作 结 构 件 、 连 接 件 、 防 护 件和 电 气 绝

20、 缘 等 , 广 泛 应 用 于 工 业 、 农 业 、 交 通 运输 、 电 气 、 化 工 、 建 筑 、 机 械 等 领 域 。 由 于 模 压 制 品 , 在 兵 器 、 飞 机 、 导弹 、 卫 星 上 也 都 得 到 应 用 。 , 是 把 一 定 层 数 的 (纸 )叠 在 一 起 , 送 入 , 在 一 定 的 温 度 和 压力 下 的 工 艺 。 属 于 干 法 压 力 成 型 范 畴 , 是 复合 材 料 的 一 种 主 要 成 型 工 艺 。 生 产 的 制 品 包 括 各 种、 、 、等 。 原 材 料 质 量v含 胶 量 2546%( 29 3%)v挥 发 物 含 量

21、 微 孔 ( 酚 醛 树 脂 基 1.53.3%)v不 溶 性 树 脂 含 量 预 聚 合 程 度 提 高 制 品 力 学性 能 2550% 预 浸 胶 布 制 备v使 用 经 热 处 理 或 化 学 处 理 的 破 璃 布 , 经 浸 胶槽 浸 渍 树 脂 胶 液 , 通 过 刮 胶 装 置 和 牵 引 装 置控 制 胶 布 的 树 脂 含 量 , 在 一 定 的 温 度 下 烘 烤 ,使 树 脂 由 A阶 转 至 B阶 , 从 而 得 到 所 需 的 预 浸胶 布 。v 复 合 材 料 层 压 板 材 、 卷 管 和 布 带 缠 绕 制 品 的 半 成 品1545 s低 高 低 三 段 v

22、胶 布 中 的 树 脂 熔 化 ( 全 压 的 1/31/2)v胶 布 在 较 低 温 度 下 开 始 固 化v加 快 反 应 速 度 ( 升 温 不 能 过 快 , 避 免 暴 聚 )v充 分 固 化 ( 树 脂 特 性 和 层 合 板 厚 度 )v避 免 翘 曲 、 开 裂层 压 工 艺 是 制 品 表 面 光 洁 、质 量 较 好 且 稳 定 以 及 生 产 效 率 较 高 。 是 只 能 生 产 板 材 ,且 产 品 的 尺 寸 大 小 受 设 备 的 限 制 。 3.2.6 缠 绕 成 型v 将 浸 过 树 脂 胶 液 的 连 续 纤 维 或 布 带 , 按 一 定规 律 缠 绕 在

23、 芯 模 上 , 然 后 固 化 脱 模 得 成 品 。v 湿 法 、 干 法 、 半 干 法 。v 固 化 可 室 温 或 加 热 固 化v 适 用 于 : 中 空 高 压 容 器 。 如 : 火 箭 发 动 机 壳体 、 导 弹 发 射 筒 、 大 型 储 罐 、 管 材 等 。 聚 脂 、环 氧 树 脂 酚 醛 、热 塑 性 树 脂 芯 模 材 料v熔 、 溶 性 材 料 石 蜡 、 低 熔 点 金 属v组 装 式 芯 模 材 料 和 内 衬 材 料 金 属 芯 模 石 膏 、 木 材 内 衬 防 腐 与 密 封 橡 胶 、 塑 料 、 不 锈 钢 、 铝 合 金 等 800mm 优 点

24、v 能 够 按 产 品 的 受 力 状 况 设 计 缠 绕 规 律 , 使 能 充 分 发挥 纤 维 的 强 度 ;v 比 强 度 高 , 与 钢 质 压 力 容 器 相 比 , 重 量 可 减 轻 4060v 易 实 现 机 械 化 和 自 动 化 生 产 , 产 品 质 量 稳 定 , 可 靠性 高v 生 产 效 率 高 , 缠 绕 速 度 快 (240 m/min) v 成 本 低 : 可 合 理 配 选 若 干 种 材 料 , 达 到 最 佳 的 技 术经 济 效 果 。 缺 点v适 应 性 小 , 不 能 缠 任 意 结 构 形 式 的 制 品 , 特别 是 表 面 有 凹 的 制

25、品 ;v需 要 有 缠 绕 机 芯 根 , 固 化 加 热 炉 投 资 大 ,技 术 要 求 高 。 计 算 机 控 制 的 缠 绕 机玻 璃 钢 固 化 玻 璃 钢 管 道 拉 挤 成 型 工 艺 中 , 首 先 将 浸 渍 过 树 脂胶 液 的 或 在 牵 引 装 置作 用 下 通 过 而 ; 其 次 , 在 模 中 或 固 化 炉 中 , 制 成 具有 特 定 横 截 面 形 状 和 长 度 不 受 限 制 的 复 合 材料 , 如 、 、 、 、等 。 要 求 : 增 强 纤 维 的 强 度 高 、 集 、和 容 易 被 树 脂 胶 液 。 : 玻 璃 纤 维 、 芳 香 族 聚 酰

26、胺 纤 维 、 碳纤 维 以 及 金 属 纤 维 等 。 排 纱v排 纱 就 是 将 增 强 材 料 放 置 在 纱 架 上 并 将 这 些材 料 按 照 设 计 要 求 引 出 。v放 纱 形 式 : 纤 维 内 退 (纱 架 不 动 , 玻 璃 纤 维 ) ;纤 维 外 退 ( 旋 转 , 碳 、 芳 纶 等 特 种 纤 维 ) v不 管 在 一 层 纱 架 上 要 穿 多 少 束 纤 维 , 引 出 的纤 维 都 不 能 互 相 之 间 产 生 缠 结 现 象 , 必 须 严格 独 立 , 互 不 干 扰 。 预 成 型 v 引 导 浸 胶 后 的 呈 扁 平 带 状 纤 维 逐 渐 演

27、 变 成 最 接 近 拉 挤 产 品 的形 状 。 同 时 挤 去 增 强 材 料 中 多 余 的 树 脂 , 并 排 除 带 入 材 料 中的 气 泡 , 以 获 得 结 构 致 密 的 拉 挤 制 品 。v 预 成 型 模 , 从 简 单 到 复 杂 逐 渐 过 渡 的 , 长 度 约 为 0.6-1.2m。 拉 挤 成 型 棒 材 管 状 预 成 型 模 , 一 块 板 上 制 作 一 定 数 量的 、 呈 放 射 性 分 布 的 过 纱 孔 。 管 材 芯 轴 预 成 型 模 。 异 型 材 2到 6块 左 右 的 预 成 型 模 组 , 以 保 证 纤 维 与 毡 材能 够 较 为

28、顺 利 地 合 理 过 渡 到 合 适 的 形 状 , 与 型 材 截 面 形 状 接近 。 板 状 结 构 导 纱槽 型 结 构 导 纱 模 组 玻 璃 钢 拉 挤 模 具 成 型 模 具 的 设 计 v树 脂 体 系 固 化 反 应 的 化 学 及 物 理 特 性v拉 挤 材 料 与 模 具 壁 的 摩 擦 性 能 。v加 热 区 温 度 的 相 互 协 调 一 致 。 v预 热 区 、 凝 胶 区 及 固 化 区v“ 凝 胶 点 ” , “ 放 热 峰 , “ 脱 离 点 ” 。v使 凝 胶 点 、 放 热 峰 及 脱 离 点 靠 近 而 且 集 中 在凝 胶 区 , 否 则 可 能 出

29、 现 产 品 力 学 性 能 差 以 及粘 膜 等 现 象 。 牵 引 装 置基 本 要 求 :v 必 须 保 证 连 续 牵 引 ;v 牵 引 力 、 牵 引 速 度 可 调 ,v 夹 持 力 可 调 ,v 夹 头 可 随 意 更 换v 设 计 衬 垫 , 以 增 强 摩 擦 力 , 并 减 少 对 产 品 外 表 面 的损 伤 。 往 复 式 夹 持 牵 引 装 置 , 它 具 有 两 对 可 以 在 拉 挤 方向 前 后 交 替 运 动 的 牵 引 装 置 。 , 易 于 实 现 自 动 化 ; 制 品 中 增 强 材 料 的 含 量 一 般 为 40 -80 , 能 够 充 分 发 挥

30、 增 强 材 料 的 作 用 ,; 不 需 要 或 仅 需 要 进 行 少 量 加 工 , 生产 过 程 中 ; 制 品 的 ,以 适 应 不 同 制 品 的 使 用 要 求 , 其 长 度 可 根据 需 要 。 目 前 , 随 着 的 不 断 发 展 , 正 向着 、 热 塑 性 和 热 固 性 树 脂 同 时 使用 的 和 方 向 发 展 。 生 产 , 改 进 和都 将 是 今 后 的 发展 方 向 。 其 它 拉 挤 成 型 工 艺v弯 曲 制 品 拉 挤 成 型 旋 转 模 GE 汽 车 板 簧v有 填 料 芯 的 拉 挤 成 型发 泡 粘 土 、 膨 胀 珍 珠 岩 树 脂 粒 料 温 度v 螺 杆 转 速 及 背 压 2550r/min 排 除 气 体 和 挥 发 物 , 注 射 压 力 的 815%v 注 射 速 度 及 压 力 50200MPa 1560s 热 塑 性 510s 热 固 性 v 成 型 周 期热 敏 性 和 熔 体 粘 度 要 求 树 脂 与 短 纤 维 的混 合 均 匀 , 混 合 体 系 有 良 好 的 流 动 性 ,而 纤 维 含 量 不 宜 过 高 , 一 般 在 30 -40左 右 。 所 得 制 品 的 、 、 ,除 氟 树 脂 外 , 几 乎 所 有 的 都 可以 采 用 这 种 方 法 成 型 。

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