CN111218062A - 一种高强阻燃pp复合材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及高分子材料技术领域,具体涉及一种高强阻燃PP复合材料及其制备方法。所述高强阻燃PP复合材料包括如下重量份的原料:PP 80‑110份、聚乙烯16‑24份、乙烯‑醋酸乙烯酯共聚物10‑15份、无机填料6‑12份、玻璃纤维5‑10份、交联剂4‑7份、抗氧剂0.1‑1.5份、阻燃剂9‑15份。本发明的高强阻燃PP复合材料添加阻燃剂提高了其阻燃性,同时制得的PP复合材料具有良好的抗冲击强度和拉伸强度,其制备方法操作简单高效,控制方便,有利于工业化生产,制备得到的产品质量稳定。
Description
技术领域
本发明涉及高分子材料技术领域,具体涉及一种高强阻燃PP复合材料及其制备方法。
背景技术
聚丙烯(PP)是一种性能优良的热塑性合成树脂,为无色半透明的热塑性轻质通用塑料,具有良好的耐化学性、耐热性、电绝缘性和良好的高耐磨加工性能等优点。随着科技的发展和社会的进步,目前聚丙烯在机械、汽车、电子电器、建筑、纺织、包装等众多领域得到广泛的应用,但同时,其阻燃性能和使用安全性也日益引起人们的重视。现有的阻燃聚丙烯基本都添加有阻燃剂,其起到了一定的阻燃作用,但添加量过多的阻燃剂经常容易对材料的力学性能、加工性等造成较大的影响,不能满足需要,其使用受到限制。
发明内容
为了克服现有技术中存在的缺点和不足,本发明的目的之一在于提供一种高强阻燃PP复合材料,该高强阻燃PP复合材料的具有优越的阻燃性能和力学性能。
本发明的另一目的在于提供一种高强阻燃PP复合材料的制备方法,其制备方法工艺简单,操作控制方便,生产效率高,有利于工业化生产,制备得到的产品质量稳定。
本发明的目的之一通过下述技术方案实现:一种高强阻燃PP复合材料,包括如下重量份的原料:
PP 80-110份
聚乙烯 16-24份
乙烯-醋酸乙烯酯共聚物 10-15份
无机填料 6-12份
玻璃纤维 5-10份
交联剂 4-7份
抗氧剂 0.1-1.5份
阻燃剂 9-15份。
本发明的高强阻燃PP复合材料,以聚乙烯、聚丙烯为主要原料,采用乙烯-醋酸乙烯酯共聚物为相容剂,与无机填料、玻璃纤维抗氧剂相互配合,并添加阻燃剂提高了PP复合材料的阻燃性,使其阻燃性达到UL94(1 .5mm)V-0级,且不造成力学性能的下降,通过采用交联剂可促进PP复合材料体系中的聚合物发生交联反应,从而使各聚合物之间形成架桥结构,使制得的PP复合材料具有良好的耐候性、抗冲击强度和拉伸强度。其中,所述玻璃纤维为均匀分散于体系中,可增强PP复合材料的力学性能。进一步的,所述玻璃纤维无碱玻璃纤维。无碱玻璃纤维较有碱玻璃纤维具有更优良的延展性、强度、刚度和抗老化性。本发明采用乙烯-醋酸乙烯酯共聚物为相容剂,乙烯-醋酸乙烯酯共聚物分子链中引入了醋酸乙烯单体, 提升了PP复合材料体系中玻璃纤维、阻燃剂、无机填料、聚乙烯与聚丙烯PP的相容性,形成有效骨架,提高了PP复合材料的综合力学性能和阻燃性。进一步的,所述乙烯-醋酸乙烯酯共聚物优选但不限于EVA美国杜邦 260。
进一步的,所述聚丙烯为均聚聚丙烯。所述聚丙烯优选但不限于燕山石化K1008聚丙烯。本发明通过采用均聚聚丙烯并优化限定其含量,上述聚丙烯具有良好的强度,并与其它原料共混分散性好,有利于提高PP复合材料的综合力学性能。进一步的,所述聚乙烯为线型低密度聚乙烯。所述聚乙烯优选但不限于扬子石化7042线型低密度聚乙烯。本发明采用线型低密度聚乙烯与聚丙烯相配合,提高PP复合材料的耐热性能耐环境应力开裂性、耐冲击强度和耐撕裂强度。
进一步的,所述聚乙烯是由熔融指数为2.1-3.0g/10min的线型低密度聚乙烯与熔融指数为0.3-0.7g/10min的线型低密度聚乙烯按重量比 2-3:1混合而成。上述熔融指数均在230℃、2.16kg负荷条件下测得。本发明采用由上述两种不同物性的线型低密度聚乙烯混合而成的聚乙烯,与聚丙烯相配合,提高PP复合材料的耐热性能耐环境应力开裂性、耐冲击强度和耐撕裂强度。
进一步的,所述无机填料为碳酸钙、滑石粉和云母粉中的至少一种。通过采用上述无机填料,可以降低PP和其他树脂的占比从而降低成本,并提高了PP材料的机械性能和耐候性。优选地,所述无机填料由碳酸钙、滑石粉和云母粉按重量比1-2:1-2:1组成。
进一步的,所述抗氧剂为抗氧剂1010、抗氧剂168和抗氧剂1076中的至少一种。本发明通过采用上述抗氧剂可抑制PP复合材料的热降解和氧化降解,提高其耐老化性,从而延长PP复合材料的使用寿命。
进一步的,所述润滑剂为硬脂酸锌、硬脂酸钙和聚乙烯蜡中的至少一种。优选的,所述润滑剂由硬脂酸锌、硬脂酸钙和聚乙烯蜡按重量比2-3:0.5-1.5:1组成,通过采用上述润滑剂不仅可以防止PP复合材料在机内或模具内因粘着而产生缺陷,并且有助于提高PP复合材料的热稳定性。
进一步的,所述交联剂为过氧化二异丙苯和二叔丁基过氧化物中的至少一种。本发明通过采用上述交联剂,有助于在聚乙烯、聚丙烯和乙烯-醋酸乙烯酯共聚物之间形成架桥结构,从而使无机填料及阻燃剂在PP复合材料体系中具有良好的分散性,制得的PP复合材料具有良好的阻燃性和抗冲击性和拉伸性。优选地,所述交联剂由过氧化二异丙苯和二叔丁基过氧化物按重量比1-2:1组成。
进一步的,所述乙烯-醋酸乙烯酯共聚物中乙酸乙烯酯的含量为14-20wt%。本发明的乙烯-醋酸乙烯酯共聚物分子链中引入了醋酸乙烯单体,并控制乙酸乙烯酯的含量,可提高改性PP复合材料体系中各组分相容性。提高了PP复合材料的柔韧性、抗冲击性和耐候性。
进一步的,所述阻燃剂的制备方法包括如下步骤:
S1、按重量份计,将2,2-二(4-羟基苯基)丙烷30-40份、三聚氰氯10-14份、蜜胺焦磷酸盐10-15份、笼型八聚(三甲基硅氧基)倍半硅氧烷14-18份、分散剂25-32份混合均匀后,得到混合物A;
S2、取纳米氧化石墨烯11-16份、纳米二氧化钛4-6份、钼酸铈1-3份,二异丙胺5-9份加入至混合物A中,加热至50-70℃,并不断搅拌,保温60-120min后,得到混合物B;
S3、将混合物B用去离子水洗涤后,烘干后研磨,制得阻燃剂。
进一步的,所述分散剂由聚乙二醇和四氢呋喃按照重量比0.5-2:1组成。所述分散剂与各原料的相容性好,有利于各原料的均一分散,进而提升了PP复合材料的综合性能。
本发明通过采用2,2-二(4-羟基苯基)丙烷、三聚氰氯、笼型八聚(三甲基硅氧基)倍半硅氧烷对蜜胺焦磷酸盐进行包覆,形成一体结构,使得PP复合材料燃烧时具有低烟密度、低毒性、低腐蚀性的特点,起到优异的阻燃效果;纳米二氧化钛可提高复合材料的抗紫外线、抗菌、自洁净、抗老化性能,并进一步提升其阻燃性能和表面性能。该制备过程同时对氧化石墨烯和纳米二氧化钛进行了表面改性,大大改善其与PP复合材料体系中PP、聚乙烯以及乙烯-醋酸乙烯酯共聚物的相容性。
本发明另一目的通过下述技术方案实现:上述所述高强阻燃PP复合材料的制备方法,包括如下步骤:
将除玻璃纤维外的其余原料按比例进行混合,将混合后的原料从主喂料口加入到挤出机中,玻璃纤维从侧喂料口加入到挤出机中;经熔融挤出造粒后,得到高强阻燃PP复合材料。
进一步的,所述双螺杆挤出机的螺杆转速为200-300r/min,所述双螺杆挤出机的一区温度为170-190℃,二区温度为180-200℃,三区温度为190-210℃,四区温度为190-210℃,五区温度为210-230℃,六区温度为220-240℃,七区温度为220-240℃,八区温度为210-230℃,九区温度为190-210℃;所述侧喂料口设于五区和六区之间。
本发明PP复合材料的制备方法操作简单高效,控制方便,利于工业生产。本发明通过严格控制挤出过程的各区温度,能使PP复合材料挤出稳定,成型性好,具有良好的力学综合性能和阻燃性。玻璃纤维选择合适的时机加入,防止玻璃纤维因加入时间过早而容易被挤出机剪切得太碎,导致增强作用降低;并防止过晚加入时导致混合不均,影响其对PP复合材料整体的增强效果。
本发明的有益效果在于:本发明的高强阻燃PP复合材料,以聚乙烯、聚丙烯为主要原料,采用乙烯-醋酸乙烯酯共聚物为相容剂,与无机填料、抗氧剂相互配合,并添加阻燃剂提高了高强阻燃PP复合材料的阻燃性,同时制得的PP复合材料具有良好的抗冲击强度和拉伸强度。该高强阻燃PP复合材料的制备方法操作简单高效,控制方便,有利于工业化生产,制备得到的产品质量稳定。
具体实施方式
为了便于本领域技术人员的理解,下面结合实施例对本发明作进一步的说明,实施方式提及的内容并非对本发明的限定。
实施例1
一种高强阻燃PP复合材料,包括如下重量份的原料:
PP 95份
聚乙烯 19份
乙烯-醋酸乙烯酯共聚物 12份
无机填料 8份
玻璃纤维 6份
交联剂 5份
抗氧剂 0.5份
阻燃剂 12份。
进一步的,所述聚丙烯为均聚聚丙烯。所述聚丙烯为燕山石化K1008。所述聚乙烯为线型低密度聚乙烯。所述聚乙烯为扬子石化7042线型低密度聚乙烯。
进一步的,所述无机填料由碳酸钙、滑石粉和云母粉按重量比1.5:1:1组成。所述抗氧剂为抗氧剂1010、抗氧剂168和抗氧剂1076按重量比2:1:1组成。
进一步的,所述润滑剂由硬脂酸锌、硬脂酸钙和聚乙烯蜡按重量比2: 1.5:1组成。所述交联剂由过氧化二异丙苯和二叔丁基过氧化物按重量比1.5:1组成。
进一步的,所述乙烯-醋酸乙烯酯共聚物优选但不限于EVA美国杜邦 260。
进一步的,所述阻燃剂的制备方法包括如下步骤:
S1、按重量份计,将2,2-二(4-羟基苯基)丙烷35份、三聚氰氯12份、蜜胺焦磷酸盐13份、笼型八聚(三甲基硅氧基)倍半硅氧烷16份、分散剂28份混合均匀后,得到混合物A;
S2、取纳米氧化石墨烯14份、纳米二氧化钛5份、钼酸铈2份,二异丙胺7份加入至混合物A中,加热至60℃,并不断搅拌,保温90min后,得到混合物B;
S3、将混合物B用去离子水洗涤后,烘干后研磨,制得阻燃剂。
进一步的,所述分散剂由聚乙二醇和四氢呋喃按照重量比1.5:1组成。
上述所述高强阻燃PP复合材料的制备方法,包括如下步骤:
将除玻璃纤维外的其余原料按比例进行混合,将混合后的原料从主喂料口加入到挤出机中,玻璃纤维从侧喂料口加入到挤出机中;经熔融挤出造粒后,得到高强阻燃PP复合材料。
进一步的,所述双螺杆挤出机的螺杆转速为250r/min,所述双螺杆挤出机的一区温度为180℃,二区温度为190℃,三区温度为200℃,四区温度为205℃,五区温度为220℃,六区温度为225℃,七区温度为235℃,八区温度为220℃,九区温度为200℃;所述侧喂料口设于五区和六区之间。
实施例2
一种高强阻燃PP复合材料,包括如下重量份的原料:
PP 80份
聚乙烯 16份
乙烯-醋酸乙烯酯共聚物 10份
无机填料 6份
玻璃纤维 5份
交联剂 4份
抗氧剂 0.1份
阻燃剂 9份。
进一步的,所述无机填料由碳酸钙、滑石粉和云母粉按重量比1:1:1组成。所述抗氧剂为抗氧剂1010和抗氧剂1按重量比2:1组成。
进一步的,所述润滑剂由硬脂酸锌、硬脂酸钙和聚乙烯蜡按重量比2-3:0.5-1.5:1组成。所述交联剂由过氧化二异丙苯和二叔丁基过氧化物按重量比1:1组成。
进一步的,所述阻燃剂的制备方法包括如下步骤:
S1、按重量份计,将2,2-二(4-羟基苯基)丙烷30份、三聚氰氯10份、蜜胺焦磷酸盐10份、笼型八聚(三甲基硅氧基)倍半硅氧烷14份、分散剂25份混合均匀后,得到混合物A;
S2、取纳米氧化石墨烯11份、纳米二氧化钛4份、钼酸铈1份,二异丙胺5份加入至混合物A中,加热至50℃,并不断搅拌,保温120min后,得到混合物B;
S3、将混合物B用去离子水洗涤后,烘干后研磨,制得阻燃剂。
进一步的,所述分散剂由聚乙二醇和四氢呋喃按照重量比0.5:1组成。
上述所述高强阻燃PP复合材料的制备方法,包括如下步骤:
将除玻璃纤维外的其余原料按比例进行混合,将混合后的原料从主喂料口加入到挤出机中,玻璃纤维从侧喂料口加入到挤出机中;经熔融挤出造粒后,得到高强阻燃PP复合材料。
进一步的,所述双螺杆挤出机的螺杆转速为200r/min,所述双螺杆挤出机的一区温度为170℃,二区温度为180℃,三区温度为190℃,四区温度为190℃,五区温度为210℃,六区温度为220℃,七区温度为220℃,八区温度为210℃,九区温度为190℃;所述侧喂料口设于五区和六区之间。
本实施例的其余内容与实施例1相同,这里不再赘述。
实施例3
一种高强阻燃PP复合材料,包括如下重量份的原料:
PP 110份
聚乙烯 24份
乙烯-醋酸乙烯酯共聚物 15份
无机填料 12份
玻璃纤维 10份
交联剂 7份
抗氧剂 1.5份
阻燃剂 15份。
进一步的,所述无机填料由碳酸钙、滑石粉和云母粉按重量比2: 2:1组成。所述抗氧剂为抗氧剂1010和抗氧剂1076按重量比2: 1组成。
进一步的,所述润滑剂由硬脂酸锌、硬脂酸钙和聚乙烯蜡按重量比3: 1.5:1组成。所述交联剂由过氧化二异丙苯和二叔丁基过氧化物按重量比2:1组成。
进一步的,所述阻燃剂的制备方法包括如下步骤:
S1、按重量份计,将2,2-二(4-羟基苯基)丙烷40份、三聚氰氯14份、蜜胺焦磷酸盐15份、笼型八聚(三甲基硅氧基)倍半硅氧烷18份、分散剂32份混合均匀后,得到混合物A;
S2、取纳米氧化石墨烯16份、纳米二氧化钛6份、钼酸铈3份,二异丙胺9份加入至混合物A中,加热至70℃,并不断搅拌,保温60min后,得到混合物B;
S3、将混合物B用去离子水洗涤后,烘干后研磨,制得阻燃剂。
进一步的,所述分散剂由聚乙二醇和四氢呋喃按照重量比2:1组成。
上述所述高强阻燃PP复合材料的制备方法,包括如下步骤:
将除玻璃纤维外的其余原料按比例进行混合,将混合后的原料从主喂料口加入到挤出机中,玻璃纤维从侧喂料口加入到挤出机中;经熔融挤出造粒后,得到高强阻燃PP复合材料。
进一步的,所述双螺杆挤出机的螺杆转速为300r/min,所述双螺杆挤出机的一区温度为190℃,二区温度为200℃,三区温度为210℃,四区温度为210℃,五区温度为230℃,六区温度为240℃,七区温度为240℃,八区温度为230℃,九区温度为210℃;所述侧喂料口设于五区和六区之间。
本实施例的其余内容与实施例1相同,这里不再赘述。
实施例4
一种高强阻燃PP复合材料,包括如下重量份的原料:
PP 90份
聚乙烯 18份
乙烯-醋酸乙烯酯共聚物 11份
无机填料 7份
玻璃纤维 6份
交联剂 6份
抗氧剂 0.8份
阻燃剂 11份。
进一步的,所述无机填料由碳酸钙、滑石粉和云母粉按重量比1.5:1.5:1组成。所述抗氧剂为抗氧剂1010、抗氧剂168和抗氧剂1076按重量比2:1:1组成。
进一步的,所述润滑剂由硬脂酸锌、硬脂酸钙和聚乙烯蜡按重量比2.5: 1.5:1组成。所述交联剂由过氧化二异丙苯和二叔丁基过氧化物按重量比1.8:1组成。
进一步的,所述阻燃剂的制备方法包括如下步骤:
S1、按重量份计,将2,2-二(4-羟基苯基)丙烷32份、三聚氰氯11份、蜜胺焦磷酸盐12份、笼型八聚(三甲基硅氧基)倍半硅氧烷14份、分散剂27份混合均匀后,得到混合物A;
S2、取纳米氧化石墨烯13份、纳米二氧化钛5份、钼酸铈1.5份,二异丙胺6份加入至混合物A中,加热至55℃,并不断搅拌,保温100min后,得到混合物B;
S3、将混合物B用去离子水洗涤后,烘干后研磨,制得阻燃剂。
进一步的,所述分散剂由聚乙二醇和四氢呋喃按照重量比1.8:1组成。
上述所述高强阻燃PP复合材料的制备方法,包括如下步骤:
将除玻璃纤维外的其余原料按比例进行混合,将混合后的原料从主喂料口加入到挤出机中,玻璃纤维从侧喂料口加入到挤出机中;经熔融挤出造粒后,得到高强阻燃PP复合材料。
进一步的,所述双螺杆挤出机的螺杆转速为240r/min,所述双螺杆挤出机的一区温度为175℃,二区温度为185℃,三区温度为195℃,四区温度为195℃,五区温度为215℃,六区温度为225℃,七区温度为225℃,八区温度为220℃,九区温度为195℃;所述侧喂料口设于五区和六区之间。
本实施例的其余内容与实施例1相同,这里不再赘述。
实施例5
一种高强阻燃PP复合材料,包括如下重量份的原料:
PP 100份
聚乙烯 22份
乙烯-醋酸乙烯酯共聚物 14份
无机填料 11份
玻璃纤维 9份
相容剂 8份
交联剂 6份
抗氧剂 1.2份
阻燃剂 13份。
进一步的,所述阻燃剂的制备方法包括如下步骤:
S1、按重量份计,将2,2-二(4-羟基苯基)丙烷38份、三聚氰氯13份、蜜胺焦磷酸盐13份、笼型八聚(三甲基硅氧基)倍半硅氧烷17份、分散剂31份混合均匀后,得到混合物A;
S2、取纳米氧化石墨烯15份、纳米二氧化钛5份、钼酸铈2.5份,二异丙胺8份加入至混合物A中,加热至65℃,并不断搅拌,保温80min后,得到混合物B;
S3、将混合物B用去离子水洗涤后,烘干后研磨,制得阻燃剂。
进一步的,所述分散剂由聚乙二醇和四氢呋喃按照重量比1:1组成。
本实施例的其余内容与实施例1相同,这里不再赘述。
对比例1
本对比例与实施例1的区别在于:本对比例不添加阻燃剂。
对比例2
本对比例与实施例1的区别在于:本对比例采用阻燃剂Fyrolflex Sol-DP替代实施例1中的阻燃剂。
对实施例1-5和对比例1-2的高强阻燃PP复合材料进行性能测试:首先对实施例1-5和对比例1-2的高强阻燃PP复合材料进行拉伸强度、弯曲强度\缺口冲击强度和极限氧指数的测试,拉伸强度测试按1040.2-2006 GB/T进行测定,测试速度:50mm/min;弯曲强度测按9341-2008 GB/T进行测定;缺口冲击强度按1043.1-2008 GB/T进行测定,样条尺寸:(80×10×4)mm,缺口类型:A型,测试环境为23℃:测试温度为23℃;测试结果如下;
项目 | 拉伸强度(MPa) | 弯曲强度(MPa) | 简支梁缺口冲击强度(kJ/ m<sup>2</sup>) | 极限氧指数/% |
实施例1 | 32 | 45 | 37 | 32.3 |
实施例2 | 29 | 47 | 39 | 29.5 |
实施例3 | 28 | 44 | 34 | 31.6 |
实施例4 | 31 | 46 | 36 | 30.4 |
实施例5 | 29 | 43 | 36 | 30.1 |
对比例1 | 26 | 39 | 32 | 23.2 |
对比例2 | 19 | 32 | 27 | 28.3 |
由上表可知,实施例1得到的PP复合材料相比于对比例1,阻燃性能大大提高,力学性能影响不,;相对于对比例2,在阻燃性得到提升的前提下,其力学性能也得到了不同程度的提升。因此,本发明的高强阻燃PP复合材料具有良好的阻燃性和力学性能。
上述实施例为本发明较佳的实现方案,除此之外,本发明还可以其它方式实现,在不脱离本发明构思的前提下任何显而易见的替换均在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种高强阻燃PP复合材料,其特征在于:包括如下重量份的原料:
PP 80-110份
聚乙烯 16-24份
乙烯-醋酸乙烯酯共聚物 10-15份
无机填料 6-12份
玻璃纤维 5-10份
交联剂 4-7份
抗氧剂 0.1-1.5份
阻燃剂 9-15份。
2.根据权利要求1所述的一种高强阻燃PP复合材料,其特征在于:所述无机填料为碳酸钙、滑石粉和云母粉中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的一种高强阻燃PP复合材料,其特征在于:所述抗氧剂为抗氧剂1010、抗氧剂168和抗氧剂1076中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的一种高强阻燃PP复合材料,其特征在于:所述润滑剂为硬脂酸锌、硬脂酸钙和聚乙烯蜡中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的一种高强阻燃PP复合材料,其特征在于:所述交联剂为过氧化二异丙苯和二叔丁基过氧化物中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的一种高强阻燃PP复合材料,其特征在于:所述阻燃剂的制备方法包括如下步骤:
S1、按重量份计,将2,2-二(4-羟基苯基)丙烷30-40份、三聚氰氯10-14份、蜜胺焦磷酸盐10-15份、笼型八聚(三甲基硅氧基)倍半硅氧烷14-18份、分散剂25-32份混合均匀后,得到混合物A;
S2、取纳米氧化石墨烯11-16份、纳米二氧化钛4-6份、钼酸铈1-3份,二异丙胺5-9份加入至混合物A中,加热至50-70℃,并不断搅拌,保温60-120min后,得到混合物B;
S3、将混合物B用去离子水洗涤后,烘干后研磨,制得阻燃剂。
7.根据权利要求6所述的一种高强阻燃PP复合材料,其特征在于:所述分散剂由聚乙二醇和四氢呋喃按照重量比0.5-2:1组成。
8.一种如权利要求1-7任意一项所述的高强阻燃PP复合材料的制备方法,其特征在于:包括如下步骤:
将除玻璃纤维外的其余原料按比例进行混合,将混合后的原料从主喂料口加入到挤出机中,玻璃纤维从侧喂料口加入到挤出机中;经熔融挤出造粒后,得到高强阻燃PP复合材料。
9.根据权利要求8所述的高强阻燃PP复合材料的制备方法,其特征在于:所述双螺杆挤出机的螺杆转速为200-300r/min,所述双螺杆挤出机的一区温度为170-190℃,二区温度为180-200℃,三区温度为190-210℃,四区温度为190-210℃,五区温度为210-230℃,六区温度为220-240℃,七区温度为220-240℃,八区温度为210-230℃,九区温度为190-210℃;所述侧喂料口设于五区和六区之间。
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