CN103031179A - 用于流体动态轴承的润滑油组合物和硬盘驱动器马达 - Google Patents

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金亨奎
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Abstract

本发明提供一种用于流体动态轴承的润滑油组合物以及使用该润滑油组合物制造的硬盘驱动器(HDD)马达。所述用于流体动态轴承的润滑油组合物含有：作为基础油的脂肪族单羧酸酯，所述脂肪族单羧酸酯由下面化学式1表示的醇和2-乙基丁酸之间的酯化反应得到，化学式1中，n表示6-20的整数。因此，所述HDD马达通过使用所述用于流体动态轴承的润滑油组合物来制造，所述用于流体动态轴承的润滑油组合物具有低粘度、低蒸发损耗以及在室温下改善的氧化稳定性，由此，马达长时间使用的质量可靠性可得以改善。[化学式1]
Figure DDA0000124208550000011

Description

用于流体动态轴承的润滑油组合物和硬盘驱动器马达
相关申请的交叉引用
本申请要求2011年10月10日提交至韩国知识产权局的韩国专利申请No.10-2011-0102952的优先权，该申请的内容引入本申请中以作参考。
技术领域
本发明涉及一种用于流体动态轴承(fluid dynamic bearing)的、具有低粘度、低蒸发损耗以及改善的氧化稳定性的润滑油组合物，以及涉及一种使用该润滑油组合物制造的硬盘驱动器(HDD)马达。
背景技术
硬盘驱动器(HDD)是一种信息存储设备，使用读/写磁头读出储存在磁盘上的数据或向磁盘中写入数据。
所述硬盘驱动器需要能够驱动磁盘的磁盘驱动装置。在所述磁盘驱动装置中，使用小型的主轴马达(spindle motor)。
所述小型的主轴马达使用流体动态轴承组件。润滑流体置于所述流体动态轴承组件的轴和套管之间，以致所述轴被所述润滑流体中产生的流体压力支撑。
当所述润滑流体在主轴马达旋转时、在低温下可具有高粘度时，所述润滑流体对马达旋转时产生动力的槽的粘滞阻力增加，因此增加了所述马达的功率损耗。
另一方面，所述润滑流体可以热膨胀，并且在所述主轴马达旋转时、在高温下具有降低的粘度，以致所述润滑流体可能不能充分的完成支撑的任务。
由于上述缺陷，所述润滑流体需要相反的粘度行为特性，其中，在低温区维持低粘度并且在高温区粘度没有降低。
为了满足这些粘度特性，已经提出多种方法，例如添加材料(例如抗氧剂、阻压添加剂，等等)到包括特殊的酯化合物作为主要成分的基础油中的方法。
添加有上述添加剂的所述润滑流体可以显示出初始粘度效果。然而，当小型的主轴马达使用持续了一段时间时，所述润滑剂可能蒸发以及所述润滑剂的粘度特性可能改变，以致所述润滑剂可能很难继续维持这种效果。
另外，根据马达小型化、高精度、高速旋转和低功耗的趋势，需要所述润滑流体具有例如耐热性、氧化稳定性、低蒸发和预防磨损的特性。
同时，当所述基础油的粘度降低时，蒸发损耗倾向增加。因此，需要在室温具有低粘度能抑制蒸发损耗的基础油。
发明内容
本发明一方面提供一种用于流体动态轴承的，具有低粘度、低蒸发损耗以及改善的氧化稳定性的润滑油组合物，以及提供使用该润滑油组合物制造的硬盘驱动器(HDD)马达。
根据本发明的一方面，提供一种用于流体动态轴承的润滑油组合物，所述润滑油组合物含有：作为基础油的脂肪族单羧酸酯(aliphatic monocarboxylic acid ester)，所述脂肪族单羧酸酯由下面化学式1表示的醇和2-乙基丁酸(2-ethylbutanoic acid)之间的酯化反应得到：
[化学式1]
Figure BDA0000124208530000031
其中，n表示6-20的整数。
所述脂肪族单羧酸酯可以通过下面化学式3来表示：
[化学式3]
Figure BDA0000124208530000032
其中，m表示6-20的整数。
所述脂肪族单羧酸酯可以为乙基丁酸异十八烷基酯(isostearylethylbutanoate)。
以润滑油组合物的重量为100重量份，所述润滑油组合物可以进一步含有0.01-2重量份的油抗氧剂(oil antioxidant)，其中，所述油抗氧剂为2，2’-亚甲基-双(4-甲基-6-叔丁基苯酚)。
以润滑油组合物的重量为100重量份，所述润滑油组合物可以进一步含有0.01-2重量份的金属抗氧剂，其中，所述金属抗氧剂为4-二苯胺磺酸钡。
以润滑油组合物的重量为100重量份，所述润滑油组合物可以进一步含有0.01-2重量份的内阻压剂(internal pressure preventing agent)，其中，所述内阻压剂为磷酸三甲苯酯(tricresyl phosphate)。
根据本发明的另一方面，提供一种硬盘驱动器(HDD)马达，所述硬盘驱动器马达包括：用于流体动态轴承的润滑油组合物，所述润滑油组合物含有作为基础油的脂肪族单羧酸酯，所述脂肪族单羧酸酯由下面化学式1表示的醇和2-乙基丁酸之间的酯化反应得到：
[化学式1]
Figure BDA0000124208530000041
其中，n表示6-20的整数。
所述脂肪族单羧酸酯可以通过下面化学式3来表示：
[化学式3]
Figure BDA0000124208530000042
其中，m表示6-20的整数。
所述脂肪族单羧酸酯可以为乙基丁酸异十八烷基酯。
以润滑油组合物的重量为100重量份，所述润滑油组合物可以进一步含有0.01-2重量份的油抗氧剂，其中，所述油抗氧剂为2，2’-亚甲基-双(4-甲基-6-叔丁基苯酚)。
以润滑油组合物的重量为100重量份，所述润滑油组合物可以进一步含有0.01-2重量份的金属抗氧剂，其中，所述金属抗氧剂为4-二苯胺磺酸钡。
以润滑油组合物的重量为100重量份，所述润滑油组合物可以进一步含有0.01-2重量份的内阻压剂，其中，所述内阻压剂为磷酸三甲苯酯。
附图说明
从以下结合附图的详细描述将更清晰地理解本发明的上述方面和其他方面、特征和其他优点，其中：
图1示意性的表示根据本发明一种实施方式的包括流体动态轴承组件的硬盘驱动器(HDD)马达的剖视图。
具体实施方式
本发明的实施方式可以以很多不同的形式修改但本发明的范围不应该视为限于此处列出的实施方式。更恰当的说，提供这些实施方式以便将本发明彻底和完全公开，并将向本领域技术人员充分地表达本发明的概念。在附图中，为了清楚，形状和尺寸可能是扩大的，并且相同的参考数字将贯穿本文用于表示相同的或相似的零件。
下面将根据附图详细描述本发明的实施方式。
图1示意性的表示根据本发明一种实施方式的包括流体动态轴承组件的硬盘驱动器(HDD)马达的剖视图。
参见图1，根据本发明的实施方式的用于流体动态轴承的润滑油组合物170可以含有作为基础油的脂肪族单羧酸酯，所述脂肪族单羧酸酯由下面化学式1表示的醇和2-乙基丁酸之间的酯化反应得到：
[化学式1]
Figure BDA0000124208530000061
其中，n表示6-20的整数。
以下将详细描述上述结构。
通过上述化学式1表示的醇没有特别限制，只要它是异构醇(isoalcohol)，并且n可以为6-20的整数。
作为具体例子，所述醇可以为异壬醇、异癸醇、异十一烷醇、异十二烷醇、异十三烷醇、异十四烷醇、异十五烷醇、异十六烷醇、异十七烷醇、异十八烷醇、异十九烷醇、异二十烷醇、异二十一烷醇(iso-henicosanol)、异二十二烷醇和异二十三烷醇，但并不限于此。
同时，根据本发明的实施方式，为了与上面化学式1表示的醇进行酯化反应，可以使用2-乙基丁酸。
所述2-乙基丁酸的结构可以通过下面化学式2表示。
[化学式2]
Figure BDA0000124208530000062
根据本发明的实施方式的用于流体动态轴承的润滑油组合物170可以含有作为基础油的脂肪族单羧酸酯，所述脂肪族单羧酸酯由上面化学式1表示的醇和上面化学式2表示的2-乙基丁酸之间的酯化反应得到。
所述脂肪族单羧酸酯可以具有例如15-29的总碳原子数，但并不具体限于此。
所述脂肪族单羧酸酯可以通过下面化学式3表示：
[化学式3]
Figure BDA0000124208530000071
其中，m表示6-20的整数。
通过上面化学式3表示的所述脂肪族单羧酸酯没有特别限制，并且m可以为6-20的整数。
更具体地说，所述脂肪族单羧酸酯可以为乙基丁酸异十八烷基酯，但并不限于此。
所述乙基丁酸异十八烷基酯可以通过下面化学式4表示。
[化学式4]
根据本发明的实施方式的所述脂肪族单羧酸酯的运动粘度可以在-20℃、25℃和85℃的温度下测量。
可以使用博勒菲DB-III流变仪粘度计(Brookfield DB-III Rheometerviscometer)测量所述粘度，并且在-20℃、25℃和85℃三个温度阶段测量每个组分的粘度以确认粘度随温度变化的趋势。
在所述马达的可靠性测试中，三个温度中，-20℃相当于低温储存温度，25℃相当于常规马达的室温工作温度，以及85℃相当于所述马达的高温工作温度。
根据本发明的实施方式，所述脂肪族单羧酸酯可以具有比己二酸二辛酯(dioctyl adipate)(DOA)和癸二酸二辛酯(dioctyl sebacate)(DOS)或壬二酸二辛酯(dioctyl azelate)(DOZ)之间的酯化反应得到的脂肪族单羧酸酯低的粘度和高温蒸发量。
因此，在所述脂肪族单羧酸酯用作基础油的情况下，在具有相对低的粘度时可以更有效的降低装置的摩擦损耗。另外，蒸发量相对较低，以致基础油在高温下的稳定性可以是显著的极佳。
含有所述脂肪族单羧酸酯作为基础油的所述润滑油组合物可以适合用作例如所述HDD马达的流体轴承，但并不限于此。
至于小型的硬盘驱动器，所需功耗量相对较低，由于马达的高速旋转，在高温下的稳定性可能是非常重要的。
根据本发明的实施方式的所述润滑油组合物可以具有相对低的摩擦损耗并在高温下具有稳定性，从而满足所述小型的硬盘驱动器的上述条件。
以润滑油组合物的重量为100重量份，所述用于流体动态轴承的润滑油组合物可以进一步含有0.01-2重量份的油抗氧剂。所述油抗氧剂例如可以为2，2’-亚甲基-双2(4-甲基-6-叔丁基苯酚)，但并不限于此。
以润滑油组合物的重量为100重量份，所述油抗氧剂的含量可以为0.01-2重量份。在上述范围内，所述润滑油组合物的性能不会变差。当所述油抗氧剂的含量小于0.01重量份时，添加所述抗氧剂的效果可能相对较小，并且当所述油抗氧剂的含量超过2重量份时，所述润滑油组合物的性能可能变差。
另外，以润滑油组合物的重量为100重量份，所述用于流体动态轴承的润滑油组合物可以进一步含有0.01-2重量份的金属抗氧剂。所述金属抗氧剂例如可以为4-二苯胺磺酸钡，但并不具体限于此。
当所述金属抗氧剂的含量小于0.01重量份时，稳定氧化的效果可能较小，并且当所述金属抗氧剂的含量超过2重量份时，所述润滑油组合物的性能可能变差。因此，以润滑油组合物的重量为100重量份，所述金属抗氧剂的含量可以在0.01-2重量份范围内。
以润滑油组合物的重量为100重量份，所述用于流体动态轴承的润滑油组合物可以进一步含有0.01-2重量份的内阻压剂。所述内阻压剂例如可以为磷酸三甲苯酯，但并不限于此。
当所述内阻压剂的含量小于0.01重量份时，阻止内部压力的效果可能较小，并且当所述内阻压剂的含量超过2重量份时，所述润滑油组合物的性能可能变差。因此，以润滑油组合物的重量为100重量份，所述内阻压剂的含量可以在0.01-2重量份范围内。
根据本发明的另一种实施方式的HDD马达可以使用用于流体动态轴承的润滑油组合物来制造，所述润滑油组合物含有作为基础油的脂肪族单羧酸酯，所述脂肪族单羧酸酯由下面化学式1表示的醇和2-乙基丁酸之间的酯化反应得到：
[化学式1]
Figure BDA0000124208530000101
其中，n表示6-20的整数。
以下将详细描述根据本发明另一种实施方式所述的HDD马达。然而，对于与本发明的上述实施方式中重叠部分的描述将省略。
所述HDD马达400可以包括形成在固定构件120和140与旋转构件110、130和212之间，具体的，形成在套管120、推力板(thrust plate)130和盖140之间的油封部件160。
所述盖140可以为压装(press-fitted)到所述推力板130的上部从而允许润滑流体密封在所述盖140和所述推力板130之间的构件，并且所述盖140包括形成在所述盖140的圆周表面的圆周槽，以便所述盖140被压装到所述推力板130和所述套管120内。
所述盖140可以包括形成在所述盖140下表面的突出部件，以密封所述润滑流体，所述突出部件利用所述润滑流体的毛细管现象和表面张力以阻止所述润滑流体在马达驱动时泄露到外面。
同时，根据本发明的另一种实施方式的HDD马达400可以包括轴110、所述套管120、所述推力板130、所述盖140和所述油封部件160。
所述套管120可以支撑所述轴110以致所述轴110的上端在轴向向上突出，并且所述套管120可以通过锻铜(Cu)或铝(Al)或烧结铜-铁(Cu-Fe)基合金粉末或SUS基粉末形成。
这里，所述轴110可以***所述套管120的轴孔内，使得所述轴110与套管120之间具有微间隙。用所述润滑流体填充所述微间隙，并且通过形成在所述轴110的外圆周的表面和所述套管120的内圆周的表面中的至少一者中的径向动槽(radial dynamic groove)的支撑，转子200的旋转可以更流畅。
所述径向动槽可以形成在所述套管120的内侧，所述套管120的内侧是所述套管120的轴孔的内部部分，并且所述径向动槽可以产生压力以致在所述轴110旋转时偏向一侧。
然而，所述径向动槽并不限于如上所述的形成在所述套管120的内侧，它也可以形成在所述轴110的外圆周的表面部分。另外，所述径向动槽的数目没有限制。
所述套管120可以包括形成在套管120中的旁路通道(bypass channel)125，以允许所述套管120的上部和下部相互连通，以分散在流体动态轴承组件100内部的所述润滑流体的压力，从而维持压力平衡，并且可以移动存在于所述流体动态轴承组件100内部的空气气泡等等，以通过循环将其排出。
这里，所述套管120可以包括连接到所述套管120下部的盖板150，在所述套管120和盖板150二者之间具有接收其中的所述润滑流体的间隙。
所述盖板150可以接收在所述盖板150和所述套管120之间的间隙中的所述润滑流体，从而充当轴承支撑所述轴110的下表面。
所述推力板130可以轴向设置在所述套管120的上部，并且包括形成在所述推力板130中心的孔，其中形成的所述孔与所述轴110的横截面相对应。所述轴110可以***该孔中。
这里，所述推力板130可以单独制造，然后连接到轴110上。然而，所述推力板130也可以在制造所述轴110时与所述轴110一体形成，并可以在所述轴110旋转时与所述轴110一起旋转。
另外，所述推力板130可以包括形成在所述推力板130上表面的推力动槽(thrust dynamic groove)，其中，所述推力动槽向所述轴110提供推力动压力(thrust dynamic pressure)。
所述推力动槽并不限于如上所述的形成在所述推力板130的上表面，它也可以形成在对应于所述推力板130的下表面的所述套管120的上表面上。
所述定子300可以包括线圈320、芯体330和基座310。
换句话说，所述定子300可以为固定结构，所述固定结构包括在通电时产生具有预定强度的电磁力的所述线圈320，以及具有所述线圈320缠绕在其周围的多个芯体330。
所述芯体330固定的设置在基座310的上部，在所述基座310之上提供具有模式电路印刷其上的印刷电路板(没有显示)，形成贯穿所述基座的具有预定大小的很多线圈孔，以便向下暴露弯曲的线圈320，贯穿对应所述弯曲的线圈320的所述基座310的部分，并且所述弯曲的线圈320可以电连接所述印刷电路板(没有显示)以提供外电源。
所述基座310可以压装并固定到所述套管120的***表面，并且，所述芯体330***到所述基座310的内部，其中，所述线圈320缠绕在所述芯体330周围。
另外，可以通过将粘合剂应用于所述基座310的内表面或所述套管120的外表面将所述基座310和所述套管120组装在一起。
所述转子200是相对于所述定子300可旋转设置的旋转结构，可以包括转子套(rotor case)210，在该转子套210的***表面上具有环孔形状的磁体220，其中，所述环孔形状的磁体220对应于所述芯体330，二者之间具有预定的间隔。
这里，作为所述磁体220，可以使用通过交替磁化磁体的N极和S极在圆周方向产生具有预定强度的磁力的永久磁体。
这里，所述转子套210可以包括轮毂基底(hub base)212，该轮毂基底212压装到所述轴110的上端从而固定其上，并且磁体支撑部分214从轮毂基底212外径方向延伸出来，并且在轴向向下弯曲从而支撑所述磁体220。
根据本发明的另一种实施方式的HDD马达可以使用用于流体动态轴承的所述润滑油组合物170来制造，当所述润滑油组合物具有相对低的粘度时可以更有效的降低装置的摩擦损耗。另外，蒸发量降低，以致在高温下的稳定性可以是显著的极佳。
另外，所述HDD马达可以使用所述用于流体动态轴承的润滑油组合物来制造，所述用于流体动态轴承的润滑油组合物具有低粘度、低蒸发损耗和在室温下改善的氧化稳定性，由此，根据马达长时间使用的质量可靠性可能得以改善。
除了所述HDD马达400通过使用所述用于流体动态轴承的所述润滑油组合物170来制造之外，所述HDD马达400的制造方法可以与一般的制造方法相同。
以下，尽管将根据对比例和发明实施例详细描述本发明，但是本发明并不限于此。
发明实施例
对于发明实施例而言，乙基丁酸异十八烷基酯通过使异十八烷醇与2-乙基丁酸反应合成得到。
作为反应的条件，将醇和酸引入反应器，然后在200℃的温度下停留24小时。反应之后，进行纯化步骤。
基于全部的重量比，所述乙基丁酸异十八烷基酯占有大约95wt％，剩下的5wt％为添加到其中以改善其他特性的添加剂。
更具体地说，添加2wt％的2，2’亚甲基-双(4-甲基-6-叔丁基苯酚)以阻止油的氧化，以及添加2wt％的磷酸三甲苯酯作为内阻压剂。
另外，添加1wt％的4-二苯胺磺酸钡以防止接触所述油的金属表面氧化。
对比例1和对比例2
对于对比例1而言，通过癸二酸二辛酯(DOS)和己二酸二辛酯(DOA)的酯化反应制备润滑油组合物，并且，对于对比例2而言，通过壬二酸二辛酯(DOZ)和己二酸二辛酯(DOA)的酯化反应制备润滑油组合物。在对比例1和对比例2中，其他添加剂的种类和含量与发明实施例中的相同。
对比例1和对比例2中的酯可以通过下面化学式5和6表示：
[化学式5]
Figure BDA0000124208530000141
癸二酸二辛酯                           己二酸二辛酯
[化学式6]
Figure BDA0000124208530000142
壬二酸二辛酯                           己二酸二辛酯
下面表1显示出粘度与蒸发量的测量和比较，其中，粘度用于对比根据发明实施例和对比例的润滑油组合物的性能，蒸发量用于对比根据发明实施例和对比例的润滑油组合物的可靠性。
使用博勒菲DB-III流变仪粘度计测量所述粘度，并且在-20℃、25℃和85℃三个温度阶段测量各个组分的粘度，以确认粘度随温度变化的趋势。
测量所述蒸发量的试验通过以下步骤进行：将每个5克的用于流体动态轴承的润滑油组合物放入由SUS材料制成的蒸发盘中，所述润滑油组合物含有各个组分，然后将该蒸发盘引入100℃的恒温器中。
试验进行144小时(6天)，将放在蒸发盘上的所述润滑油组合物的初始重量和蒸发量互相比较，以通过测量放在蒸发盘上的所述润滑油组合物的初始重量和放在100℃的恒温器中经过144小时后的所述润滑油组合物的重量得到的蒸发量来比较蒸发量。
[表1]
Figure BDA0000124208530000151
从上面表1可以看出，根据本发明的润滑油组合物(发明实施例)具有比通过癸二酸二辛酯(DOS)和己二酸二辛酯(DOA)的酯化反应得到的润滑油组合物(对比例1)以及通过壬二酸二辛酯(DOZ)和己二酸二辛酯(DOA)的酯化反应得到的润滑油组合物(对比例2)低的粘度和蒸发量。
如上所述，根据本发明的实施方式，所述HDD马达可以使用所述用于流体动态轴承的润滑油组合物来制造，所述润滑油组合物具有相对低的粘度、低蒸发损耗以及在室温下改善的氧化稳定性，由此，根据马达长时间使用的质量可靠性可能得以改善。
已经结合实施方式显示和描述了本发明，在没有偏离附随的权利要求书定义的本发明的精神和范围的情况下，对本发明做出的修改和变型对本领域技术人员来说是显而易见的。

Claims (18)

1.一种用于流体动态轴承的润滑油组合物，其特征在于，所述润滑油组合物含有：
作为基础油的脂肪族单羧酸酯，所述脂肪族单羧酸酯由下面化学式1表示的醇和2-乙基丁酸之间的酯化反应得到：
[化学式1]
Figure FDA0000124208520000011
其中，n表示6-20的整数。
2.根据权利要求1所述的润滑油组合物，其中，所述脂肪族单羧酸酯通过下面化学式3表示：
[化学式3]
其中，m表示6-20的整数。
3.根据权利要求1所述的润滑油组合物，其中，所述脂肪族单羧酸酯为乙基丁酸异十八烷基酯。
4.根据权利要求1所述的润滑油组合物，其中，以润滑油组合物的重量为100重量份，所述润滑油组合物进一步含有0.01-2重量份的油抗氧剂。
5.根据权利要求4所述的润滑油组合物，其中，所述油抗氧剂为2，2’-亚甲基-双(4-甲基-6-叔丁基苯酚)。
6.根据权利要求1所述的润滑油组合物，其中，以润滑油组合物的重量为100重量份，所述润滑油组合物进一步含有0.01-2重量份的金属抗氧剂。
7.根据权利要求6所述的润滑油组合物，其中，所述金属抗氧剂为4-二苯胺磺酸钡。
8.根据权利要求1所述的润滑油组合物，其中，以润滑油组合物的重量为100重量份，所述润滑油组合物进一步含有0.01-2重量份的内阻压剂。
9.根据权利要求8所述的润滑油组合物，其中，所述内阻压剂为磷酸三甲苯酯。
10.一种硬盘驱动器马达，其特征在于，所述硬盘驱动器马达包括：
用于流体动态轴承的润滑油组合物，所述润滑油组合物含有作为基础油的脂肪族单羧酸酯，所述脂肪族单羧酸酯由下面化学式1表示的醇和2-乙基丁酸之间的酯化反应得到：
[化学式1]
其中，n表示6-20的整数。
11.根据权利要求10所述的硬盘驱动器马达，其中，所述脂肪族单羧酸酯通过下面化学式3表示：
[化学式3]
Figure FDA0000124208520000032
其中，m表示6-20的整数。
12.根据权利要求10所述的硬盘驱动器马达，其中，所述脂肪族单羧酸酯为乙基丁酸异十八烷基酯。
13.根据权利要求10所述的硬盘驱动器马达，其中，以润滑油组合物的重量为100重量份，所述润滑油组合物进一步含有0.01-2重量份的油抗氧剂。
14.根据权利要求13所述的硬盘驱动器马达，其中，所述油抗氧剂为2，2’-亚甲基-双2(4-甲基-6-叔丁基苯酚)。
15.根据权利要求10所述的硬盘驱动器马达，其中，以润滑油组合物的重量为100重量份，所述润滑油组合物进一步含有0.01-2重量份的金属抗氧剂。
16.根据权利要求15所述的硬盘驱动器马达，其中，所述金属抗氧剂为4-二苯胺磺酸钡。
17.根据权利要求10所述的硬盘驱动器马达，其中，以润滑油组合物的重量为100重量份，所述润滑油组合物进一步含有0.01-2重量份的内阻压剂。
18.根据权利要求17所述的硬盘驱动器马达，其中，所述内阻压剂为磷酸三甲苯酯。
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