CN1261304A - 透气薄膜的制造方法 - Google Patents
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Abstract
由热塑性聚合物和无机填料的混合物构成的薄膜12,在第一滚子52和第二滚子54之间送进。第一滚子具有被多个有槽的区域58隔开的多个带齿的区域56。该带齿区域包括多个齿57。第二滚子具有多个与第一滚子上的齿啮合的齿61。当薄膜在第一滚子和第二滚子之间送进时,在第一滚子上的有槽区域和第二滚子上的齿之间通过的薄膜的部分,基本上保持为平面形,形成薄膜上的第一区域64;而在第一滚子上的齿和第二滚子上的齿之间通过的薄膜的部分,成形为具有多个升高的肋状件的第二区域66。
Description
发明领域
本发明涉及一种制造透气薄膜的方法,更具体地说,涉及一种包括热塑性聚合物和无机材料的混合物的透气薄膜的制造方法。该透气薄膜特别适合于作为一次性吸湿用品的底片使用。
背景技术
婴儿和其他大小便失禁的人通常戴着一次性的吸湿用品(例如尿布)来接收和容纳尿液和身体的其他排泄物。吸湿用品的作用是容纳所排出的物质,并使这些物质与穿着者的身体和穿着者的衣服及床单隔开。许多基本设计不同的一次性吸湿用品在本领域都是公知的。公知的还有:在一次性尿布的外面用一块柔软的、液体和蒸汽不能透过的片材覆盖,以防止所吸收的液体通过该尿布,和弄脏附近的物品(例如,衣服,床单等)。这些外部覆盖物通常称为“底片”,一般是利用流体不能透过的薄膜(例如,聚乙烯)制成的。虽然,这种底片的确可防止液体通过该尿布,但因为它们不透气和/或不透湿气,因此使人感到该尿布发热和穿着不舒服。
蒸汽可透过的底片一般称为透气底片,技术上已有说明。这种底片通常可允许蒸汽透过,而阻止液体通过。例如,1964年11月10日授予Crowe,Jr.的美国专利3156342号,提出了使用一种微孔薄膜作为透气底片。1975年5月6日授予Hartwell的美国专利3881489号提出了一种由两个层组合而成的透气底片,其中第一层是空隙容积小的穿孔的热塑性薄膜,第二层是空隙容积大的多孔的疏水性薄纸。1976年11月2日授予Sisson的美国专利398986号提出了带有许多作成锥度的空心凸台的一种透气底片,该空心凸台可防止液体通过,而蒸汽容易通过。
在透气底片中,微孔薄膜是最通常使用的。一般,微孔薄膜包括热塑性聚合物和无机填料(例如,碳酸钙)的混合物。因为由于应力集中造成该无机填料与聚合物分离,因此,拉伸时,该混合物可产生微孔。微孔的形成使该薄膜变成可透气的,允许蒸汽通过这些微孔,而阻止液体通过。
本发明的目的是要提供一种制造由热塑性聚合物和无机材料的混合物构成的透气薄膜的新颖的方法。
本发明概述
根据本发明,提供了一种制造透气薄膜的方法。该薄膜由热塑性聚合物和无机材料的混合物构成。该无机材料是从由碳酸钙,粘土和二氧化钛组成的物质组中选择的。最优的无机填料为碳酸钙。在彼此相对的第一滚子和第二滚子之间送进由上述混合物构成的薄膜。第一滚子包括由多个有槽的区域隔的多个带齿的区域,带齿的区域包括许多齿。第二滚子包括多个与第一滚子上的齿啮合的齿。当薄膜在第一滚子和第二滚子之间送进时,在第一滚子的有槽区域和第二滚子的齿之间通过的薄膜的部分,基本上保持为平面形,形成薄膜的第一区域;而在第一滚子的齿和第二滚子上的齿之间通过的薄膜的各个部分,被成形为具有多个升高的肋状件的第二区域。
附图的简要说明
虽然,本说明书的末尾有具体指出,并明确规定本发明的权利要求的权利要求书,然而,从下面结合附图进行的说明中,将可以更好地理解本发明。在附图中,相同的标号表示相同的元件,其中:
图1为制造本发明的透气薄膜的一个示例性过程的示意图;
图2为图1所示过程中所用的几对彼此相对的滚子的放大示意图;
图3为本发明的具有第一区域和第二区域的透气聚合物薄膜的一个优选实施例的平面图,该第二区域的肋状件面对着观察者;
图3A为图3所示的透气薄膜在未拉伸状态下的局部透视图;
图4为本发明的透气薄膜的一张放大的照片;
图4A和图4B为表示在已经拉伸或弄薄的该透气薄膜的部分上形成微孔的该透气薄膜横截面的放大的照片;
图5为在图1所示的过程中所用的彼此相对的几对滚子的另一个实施例的示意图;
图6为在图1所示的过程中所用的几对彼此相对的滚子的又一个实施例的示意图;和
图7为制造本发明的透气薄膜的另一过程的示意图。
本发明的详细描述
虽然,本发明说明的是特别适用于一次性吸湿用品(例如,一次性尿布,卫生巾或绷带)上的底片的透气薄膜的生产方法,但本发明决不是仅限于这种应用。本方法的详细说明使本领域普通技术人员能很容易地将发明用于其他应用场合。
参见图1,图中示意性地表示制造本发明的透气材料的过程10。根据本发明,当供料滚子11按照其上面所附箭头指示的方向回转时,薄膜12从该供料滚子11上展开,并沿着所附箭头指示的方向移动。该薄膜12由热塑性聚合物和无机材料的混合物构成。适当的热塑性聚合物包括聚烯烃类(例如,包括线密度低的聚乙烯(LLDPE)、低密度的聚乙烯(LDPE)、超低密度的聚乙烯(ULDPE)、高密度的聚乙烯(HDPE)在内的聚乙烯、或聚丙烯,及上述和其他材料的混合物)。其他的可以使用的适当的热塑性聚合物的例子包括(但不限于)聚酯,聚氨基甲酸酯,可堆肥或可生物降解的聚合物,受热收缩的聚合物,热塑性弹性体,和茂金属催化剂基聚合物(例如,Dow化学公司出售的INSITE和Exxon公司出售的Exxaet)。
无机材料或填料从由碳酸钙、粘土和二氧化钛组成的物质组中选择,最好是选用碳酸钙作为无机填料。无机填料的颗粒尺寸大约为1~5微米,占混合物重量的大约5%~大约70%(最好占混合物重量的大约20%~大约60%)。为了更好地填充在聚合物中,该无机填料可以涂上一层脂肪酸酯。
该无机填料和热塑性聚合物在合适的混合挤压机中,或者一个单独的预先混合工序中混合在一起,形成一种均匀的混合物。然后,将该混合物浇注或吹制成薄膜。
从该供料滚子11出来后,该薄膜12通过装置50的两个彼此相对的滚子52和54之间的压区51送进。图2更清楚地表示了该装置50。滚子52包括多个带齿的区域56和有槽的区域58,这些区域均围绕着该滚子的圆周延伸。带齿的区域56包括多个齿57。齿57基本上与该滚子52的轴线平行。滚子54也包括多个围绕着该滚子圆周延伸的带齿的区域60和有槽的区域62。带齿的区域60包括多个齿61。齿61基本上与滚子54的轴线平行。滚子52的有槽区域58与滚子54的有槽区域62对准。同样,滚子52的带齿区域56与滚子54的带齿区域60对准,使滚子52的齿57与滚子54的齿61啮合或互相咬合。在有槽区域58和62之间通过的薄膜12的各部分将不被成形(即薄膜12不成形或拉伸,基本上保持平面形);而在带齿区域56和60之间通过的薄膜部分则被成形和/或拉伸,在薄膜上形成多个肋状元件。
可以与图1所示的装置一起使用的传统驱动装置和其他的传统装置是众所周知的,因此,为了简明起见,在图1的示意图中没有示出。
上述工序可以重复任意多次,直到获得所希望的性质为止。另外,可以选择彼此相对的两个滚子的啮合程度。相对的滚子上的齿的尺寸、形状和间隔距离,以及滚子的尺寸,以得到所希望的性质。
现参见图3,图中示出通过该装置50的两个彼此相对的滚子52和54之后的透气薄膜12的一个优选实施例。图3所示的透气薄膜12处在基本上没有拉伸的状态。透气薄膜12特别适合于用作吸湿用品(例如,卫生巾或一次性尿布)上的底片。该薄膜12有两条中心线,一条是以后称为轴、线或方向“l”的纵向中心线;另一条是以后称为轴、线或方向“t”的横向或侧向中心线。一般,横向中心线“t”该纵向中心线“l”垂直。
现参见图3和图3A,该薄膜12包括不同区域组成的网络。该网络至少包括第一区域64和第二区域66。薄膜12还包括在第一区域64和第二区域66之间的边界处的过渡区域65。薄膜12具有第一表面52a和与它相对的第二表面52b。在图3和图3A所示的实施例中,该薄膜包括多个第一区域64和多个第二区域66。第一区域64具有第一轴线68和第二轴线69,最好,第一轴线58比第二轴线69长。第一区域64的第一轴线68基本上与该薄膜12的纵轴线平行,而第二轴线69基本上与该薄膜12的横向轴线平行。第二区域66具有第一轴线70和第二轴线71。第一轴线70基本上与该薄膜12的纵向轴线平行,而第二轴线71基本上与该薄膜12的横向轴线平行。在图3所示的优选实施例中,第一区域64和第二区域66基本上是直线形的,在基本上与该薄膜12的纵向轴线平行的方向上连续地延伸。
该薄膜12至少由第一区域和第二区域构成,其中,第一区域与第二区域视觉上是有差别的。这里所用的术语“视觉上有差别”是指当薄膜或用该薄膜制成的物品正常使用时,正常的裸眼很容易辨别的该薄膜的特性。
在图3和图3A所示的优选实施例中,第一区域64基本上是平面形的。即:在该第一区域64内的材料,在该薄膜12经过成形工序之前和之后,基本上处于相同的状态。第二区域66包括多个升高的肋状件74。肋状件74具有基本上与该薄膜12的横向轴线平行的第一轴线(或长轴线)76,和基本上与该薄膜12的纵向轴线平行的第二轴线(或短轴线)77。该肋状件74的第一轴线76至少应与该第二轴线77相等,最好是比第二轴线77长。最好,该第一轴线76与该第二轴线77的长度比至少大约为1∶1或更大,更理想是至少大约为2∶1或更大。
在第二区域66中的肋状件74可以由不成形的区域彼此隔开。最好,上述肋状件74彼此靠近,并由在与该肋状件74的长轴线76垂直的方向上测量的宽度小于0.10英寸的一个不成形区域隔开;更理想是,上述多个肋状件74是互相连接的,在肋状件之间没有不成形的区域。上述肋状件的尺寸也可以改变。如图3和图3A所示的,具有多个第一区域和第二区域的薄膜的更详细说明,可在1996年5月21日授予Chappell等人的美国专利5518801号中找到。这里引入该专利供参考。
现参见图4,图中示出该薄膜12在通过如上述装置50的两个彼此相对的滚子52和54一样的、本发明的一对彼此相对的滚子之后的放大的照片。从图4中可以看出,该薄膜12包括多个基本上为平面形的第一区域64,和多个包括升高的肋状件74的第二区域66。形成该第二区域66中的肋状件74的薄膜12的各个部分经过拉伸或弄薄;而与之相反,较厚的第一区域64没有经过拉伸或弄薄。虽然,第二区域66经过拉伸或弄薄,但在全部多个第二区域66中,拉伸或弄薄不必是均匀的。
图4A和图4B为该薄膜横截面部分的放大的照片。图4A所示的薄膜部分的拉伸程度,比图4B所示的薄膜部分的拉伸程度大,因此,图4A的薄膜部分的厚度,比图4B所示的薄膜部分的厚度小。除了厚度减小以外,与图4B所示的薄膜比较,图4A所示的薄膜的空隙容量增大。由于应力集中的影响,该薄膜的拉伸使无机填料与聚合物分离,在薄膜上形成微孔。微孔的形成使该薄膜变成透气的薄膜,可允许蒸汽通过,而阻止液体通过。
透气性的一个量度标准为材料的湿气透过率(MVTR)。为了减小在尿布内的湿度和产生热量,当用作一次性尿布的底片时,本发明的透气薄膜的湿气透速率大约为500克/米2/小时至大约5000克/米2/24小时,更理想是大约为1000克/米2/24小时至大约5000克/米2/24小时,最好为大约2000克/米2/24小时至大约5000克/米2/24小时。
上述湿气透过率可用下述的方法来测量。将已知量的CaCl2放入有凸缘的杯子中。将一块试件材料放在该杯子的顶部,并用一个挡圈和密封垫片牢固地固定。然后,称量该试件材料和杯子组件的重量,并记录下来作为初始重量。再将该组件放入一个恒温(40℃)和恒湿(75%相对湿度)的腔中,放置5小时。然后,从该腔中取出该组件,并且在放置天平的房间的温度下,保持至少30分钟。然后,称量该组件的重量并记录下来,作为最后的重量。上述湿气透过率可用下式计算,并用克/米2/24小时来表示:
透气性的另一个量度标准是材料的氧透过率(OPR)。为了减小在尿布内的潮湿和发热,当用作一次性尿布的底片时,本发明的透气薄膜的氧透过率大约为3米3/米2/24小时至大约20米3/米2/24小时。
氧透过率可用下述方法测量。利用带有氧监视器和测头的玻璃制的腔,来测量通过一块材料的氧透过率。切割试件,使其直径与一个直径为12厘米的铝箔圆盘(Mocon Part # 025-493)大致相等。将该试件放在该圆盘顶面上。将该玻璃制的腔放在该圆盘上,并画一个圆。切下在试件上的圆。准备好之后,将试件圆盘(铝箔一侧向下)夹紧在装有上述测头的该玻璃制成的腔,和中心玻璃片之间。将一块圆形橡胶放在该中心玻璃片,和端部开放的玻璃制成的腔之间,并通过第二次夹紧进行密封。该玻璃制成的腔中充满氮,使该薄膜两个侧面上的氧浓度为0.1%。然后,使该薄膜的一个侧面暴露在空气(20.9%的氧)中,并记录在该薄膜相对一侧面上,达到预先确定的氧浓度所需的时间。通过该试件的氧透过率可利用下式计算:式中:
5.57×104-在1%氧浓度和试件表面积为0.775平方英寸条件下,包括氧浓度随时间变化曲线的斜率(时间(分)与氧浓度变化的%(0.5%)之比),秒换算为分,分换算为天在内的常数值;
容积-装有上述氧测头的玻璃制成的腔的测量容积;
平均时间-氧浓度增加0.5%所需的时间间隔的平均值。
在采用本发明的方法之前,混合物制成的薄膜的湿气透过率小于大约100克/米2/24小时,和氧透过率小于大约0.5米3/米2/24小时。该混合物制成的薄膜达不到经过本发明的过程处理后的该薄膜的透气性。
从图3A和图4中可以看出,本发明的方法使该薄膜在x-y平面以外(即在Z方向)扩展,因此,通过上述升高的肋状件,使该薄膜的厚度增大。相反,传统的递增的拉伸设备(例如,1978年9月26日授予Schwarz的美国专利4116892号中所述的设备),使薄膜在x-y平面内沿纵向或横向方向,或同时沿两个方向扩展。因此,传统的递增拉伸设备生产的薄膜的平面部分的尺寸较大(例如,薄膜的宽度和/或长度较大)。在某些情况下,生产尺寸较大的薄膜可能是不希望的,因为这要求改造现有的生产设备,以适应该较大的薄膜。
除了提供具有透气性的薄膜以外,本发明的方法还可提供具有织物一样外观的薄膜。如果该薄膜用作一次性尿布的底片,则这点特别重要。另外,本发明还可提供具有弹性性质的透气薄膜,使该薄膜可以在较小的力作用下拉伸。可以在正常穿着力作用下拉伸对于一次性尿布非常有利,因为这样可使穿着者感到更舒适,与穿着者身体的贴合也可以改善。
与图1所示的薄膜12要从供料滚子上展开相反,薄膜12可以通过两个彼此相对的滚子52和54之间的压区51送进,而不需要首先存贮在一个供料滚子上。例如,该薄膜12可以直接从一台挤压机送进,通过上述压区51。
当该薄膜12通过上述两个彼此相对的滚子52和54之间的压区51以后,该薄膜12可以卷绕在一个卷取滚子上。另一种方法是,该薄膜可以直接送至一次性吸湿用品直接成品机上,形成一次性吸湿用品的底片。
一次性吸湿用品的例子在下列美国专利中有说明。这些美国专利是:1990年8月21日授予Osborn的4950264号,1984年1月10日授予DesMarais的4425130号,1982年3月30日授予Ahr的4321924号,1987年8月18日授予Van Tilburg的4589876号,1975年1月14日授予KennethB.Buell的3860003号,和1992年9月29日授予Kennth B.Buell等人的5151092号。这里引入这些专利供参考。
虽然,该薄膜的全部可以经成形工序处理,但本发明也可以是使该薄膜的一部分经受成形处理。例如,可以使上述尿布底片的一些特定的部分(例如,侧边部分)具有透气性,而使其他部分(例如,该底片的中心部分)没有透气性。
在经过上述的成形处理后,可以将本发明的透气薄膜与其他材料固定在一起,形成叠层。最好,将本发明的透气薄膜与无纺网面固定在一起。该无纺织物可以包括天然纤维(例如,棉花或木材纤维),或者可以包括合成纤维(例如,聚乙烯,聚丙烯,聚酯)或者是这些纤维的组合。该无纺织物可以是粗梳的、纺粘的、熔喷的或穿透式空气粘接的,或者可具有其他特征,或用任何一种技术上已知的方法制造。当该叠层用作尿布底片时,无纺织物是最受欢迎的,因为无纺网面形成该尿布的最外一层覆盖物,使尿布具有织物一样的外观和感觉。另外,该外面的无纺织物覆盖物可使该尿布有一个搭接区,与钩子形或环圈形紧固件的钩子接合。该透气薄膜与其他材料(例如,无纺网面,泡沫材料,稀洋纱,薄膜,松散纤维,或任何其他能使该尿布具有织物一样的外观和感觉的材料或材料组合)的固定的实施例也可以。
上述叠层可以利用本领域普通技术人员所熟知的多个方法中的任何一种方法制造。上述的粘接方法包括(但不限于)加热粘接法,粘接剂粘接法(利用包括(但不限于)喷雾粘接剂,热熔性粘接剂,胶乳基粘接剂等多种粘接剂中的任何一种粘接剂),压力粘接法,超声波粘接法,动态机械式粘接法,声学粘接法,或任何其他技术上已知的适当连接方法或这些连接方法的组合。
或者,在按照上述的本发明的方法进行成形处理之前,可以首先将由上述混合物制成的薄膜与另一种材料固定在一起,形成一个叠层。该叠层的结构可以是上述结构中的任何一种。在一个优选实施例中,该叠层是通过将透气的混合物挤压在无纺网面上形成的。当该无纺网面还在部分熔融状态时,就直接将该混合物制成的薄膜挤压在该无纺网面上,因而,该混合物制成的薄膜粘接在该无纺网面的一个侧面上。然后,使该叠层接受本发明的成形过程处理。另一种方法是,利用真空层叠法将无纺网面层叠在透气的混合物制成的薄膜上,而形成叠层。然后,使该叠层接受本发明的过程处理。
现参见图5,图中示出图1所示过程中所用的多对彼此相对的滚子的另一个实施例。从供料滚子11出来后,薄膜通过装置150的两个彼此相对的滚子152和154之间的压区151送进。滚子152包括围绕该滚子圆周延伸的多个带齿的区域156和多个有槽的区域158。带齿区域156包括多个齿157。齿157基本上与滚子152的轴线平行。滚子154包括围绕着该滚子圆周延伸的多个齿161。齿161基本上与滚子154的轴线平行。滚子152的齿157与滚子154的齿161啮合或互相咬合。在滚子152的有槽区域158和滚子154的齿161之间通过的该薄膜12的各个部分不被成形(即该薄膜12不被成形或拉伸,基本上保持为平面形);而在有齿157的带齿区域156和滚子154的齿161之间通过的该薄膜的各个部分被成形和/或拉伸,在该薄膜上形成多个肋状件。
现参见图6,图中示出在图1所示的过程中所用的多对彼此相对的滚子的又一个实施例。从上述供料滚子1出来后,该薄膜12通过装置250的两个彼此相对的滚子252和254之间的压区251送进。滚子252包括多个与滚子252轴线平行的带齿区域256和有槽区域258。该带齿区域256包括多个齿257。齿257基本上与滚子252的轴线垂直。滚子254包括多个在该滚子圆周延伸的齿261。齿261基本上与滚子284的轴线垂直。滚子252的齿257与滚子254的齿261啮合或互相咬合。在该滚子252的有槽区域258和滚子254的齿261之间通过的该薄膜12的各个部分不被成形(即该薄膜12不被成形或拉伸,基本上仍保持平面形);而在有齿257的带齿区域256,和滚子254的齿261之间通过的该薄膜的各个部分被成形和/或拉伸,在该薄膜上形成多个肋状件。
图7为制造本发明的透气薄膜的另一个过程的示意图。根据本发明,当供料滚子311按照所附箭头指示的方向回转时,薄膜312从该供料滚子311上展开,并沿着所附箭头指示的方向移动。该薄膜312由热塑性聚合物和无机材料的混合物构成。从该供料滚子311出来后,该薄膜312通过装置350的两个彼此相对的滚子352和354之间的压区351送进。该两个彼此相对的滚子352和354,可以是图2、5或6中任何一个图所示的形式中的一种形式。在由装置350成形后,该薄膜312通过装置450的两个彼此相对的滚子452和454之间的压区送进。该两个彼此相对的滚子452和454可以为图2、5或6中任何一个图所示形式中的任何一种形式。
上述工序可以重复任意多次,直至得到所希望的性质为止。另外,可以选择该两个彼此相对的滚子的啮合程度;在该两个彼此相对的滚子上的齿的尺寸、形状和间隔距离以得到所希望的性质。
在另一个实施例中,本发明的工艺过程可以与1978年9月26日,授予Schwarz的上述美国专利4116892号中所述的递增拉伸工序一起结合进行。这里引入该专利供参考。例如,可以如在Schwarz的专利中所述那样,递增地拉伸该薄膜,然后,使该薄膜通过本发明的两个彼此相对的滚子。上述的顺序可以颠倒和/或重复,以便得到该薄膜所希望的性质。
虽然,说明了本发明的具体实施例,但本领域普通技术人员清楚,只要不偏离本发明的精神和范围,可以作各种各样的改变和改进。因此,所附的权利要求书覆盖了在本发明范围内的所有的改变和改进。
Claims (10)
1.一种制造透气薄膜的方法,该薄膜由热塑性聚合物和无机材料的混合物构成,其特征在于:
a)使该薄膜在第一滚子和第二滚子之间送进,所述第一滚子包括由多个有槽的区域隔开的多个带齿的区域,所述带齿的区域包括多个齿,所述第二滚子包括多个与所述第一滚子上的齿啮合的齿,当所述薄膜在所述第一滚子和所述第二滚子之间送进时,在所述第一滚子的有槽区域和所述第二滚子上的齿之间通过的所述薄膜的部分,基本上保持为平面形,形成所述薄膜的第一区域;而在所述第一滚子的齿和所述第二滚子上的齿之间通过的所述薄膜的部分,成形为具有多个升高的肋状件的第二区域。
2.如权利要求1所述的方法,其特征在于,所述第一区域和所述第二区域视觉上是彼此有差别的。
3.如权利要求1或2中任一项所述的方法,其特征在于,所述第一区域没有所述的肋状件。
4.如前述权利要求中任一项所述的方法,其特征在于,所述薄膜构成一次性吸湿用品的一个底片。
5.如前述权利要求中任一项所述的方法,其特征在于,所述薄膜构成一次性吸湿用品的底片的一部分。
6.如前述权利要求中任一项所述的方法,其特征在于还包括下列工序:
b)使所述薄膜与无纺网面接合。
7.如权利要求1所述的方法,其中,在工序a)之前,将所述薄膜与无纺网面接合在一起,形成叠层。
8.如权利要求7所述的方法,其特征在于,通过将所述薄膜挤压在所述无纺网面上,将所述薄膜与所述无纺网面接合在一起。
9.如前述权利要求中任一项所述的方法,其特征在于,所述无机材料包括碳酸钙。
10.如权利要求1所述的方法,其特征在于还包括下列工序:
b)使所述薄膜在第三滚子和第四滚子之间送进,所述第三滚子包括由多个有槽的区域隔开的多个带齿的区域,所述带齿区域包括多个基本上与所述第三滚子的轴线平行的齿,所述第四滚子包括多个与所述第三滚子的所述齿啮合的齿,所述第四滚子的所述齿基本上与所述第四滚子的轴线平行。
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