TWI831004B - 導電紗線的製作方法 - Google Patents
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Abstract
一種導電紗線的製作方法包括以下步驟。進行成膜製程,將導電薄膜形成於紗線本體的表面,以形成覆膜紗線。進行填充製程,將填充結構形成於覆膜紗線中,以形成導電紗線。成膜製程包括進行第一含浸步驟,使紗線本體浸泡於第一溶液中,其中第一溶液的黏度介於1000cP至5000cP間。填充製程包括進行第二含浸步驟,使覆膜紗線浸泡於第二溶液中,其中第二溶液黏度介於20cP至200cP間。
Description
本揭露內容是有關於一種紗線的製作方法,且特別是有關於一種導電紗線的製作方法。
隨著科技的發展,將電子產品與紡織產品結合逐漸成為紡織業重要的發展方向,其中導電紗線便是一種常見的態樣。一般而言,可將導電材料透過樹脂塗料配置於紗線的表面以形成導電紗線。然而,在導電紗線的製備過程中,樹脂塗料在經乾燥硬化後,容易因其體積收縮而產生缺陷與孔洞,導致導電紗線的導電性隨著其使用次數及水洗次數的增加而下降,最終導致導電紗線的結構崩壞或毀損。因此,如何提供一種具備良好的結構強度與耐水洗性的導電紗線為紡織業者積極研究的課題。
本揭露內容提供一種導電紗線的製作方法,以其所製成的導電紗線具備良好的結構強度,且在多次水洗後仍能良好地維持其功能。
根據本揭露一些實施方式,一種導電紗線的製作方法包括以下步驟。進行成膜製程,將導電薄膜形成於紗線本體的表面,以形成覆膜紗線。進行填充製程,將填充結構形成於覆膜紗線中,以形成導電紗線。成膜製程包括進行第一含浸步驟,使紗線本體浸泡於第一溶液中,其中第一溶液的黏度介於1000cP至5000cP間。填充製程包括進行第二含浸步驟,使覆膜紗線浸泡於第二溶液中,其中第二溶液黏度介於20cP至200cP間。
在本揭露一些實施方式中,填充結構嵌入至導電薄膜中。
在本揭露一些實施方式中,第一溶液包括100重量份的導電結構、4至8重量份的第一環氧樹脂、5至10重量份的第二環氧樹脂以及35至300重量份的溶劑。第一環氧樹脂的重量平均分子量大於第二環氧樹脂的重量平均分子量。
在本揭露一些實施方式中,導電結構包括導電粉體結構、導電片狀結構、導電線狀結構或其組合。導電粉體結構的直徑及導電片狀結構的寬度各自介於2µm至5µm間,且導電線狀結構的長徑比介於800至1200間。
在本揭露一些實施方式中,第一溶液更包括3至5重量份的交聯劑,其中交聯劑具有胺基嵌段。
在本揭露一些實施方式中,第二溶液包括0.4至11重量份的第一環氧樹脂及85至100重量份的溶劑。
在本揭露一些實施方式中,第二溶液更包括0.1至4.0重量份的縮水甘油醚,其中第一環氧樹脂的重量平均分子量大於縮水甘油醚的重量平均分子量。
在本揭露一些實施方式中,第二溶液包括0.5至7重量份的纖維素以及92至100重量份的溶劑。纖維素的重量平均分子量介於40000g/mole至120000g/mole間。
在本揭露一些實施方式中,成膜製程及填充製程各自包括以下步驟。進行熱固化步驟,熱固化步驟的溫度介於150℃至160℃間。進行近紅外光固化步驟,近紅外光固化步驟的近紅外光通量介於6.01 J/cm
2至9.40 J/cm
2間,且近紅外光功率介於4瓦特/平方公分至8瓦特/平方公分間。
根據本揭露上述實施方式,由於本揭露的導電紗線是依序經由成膜製程及填充製程製作而成,且成膜製程所使用的第一溶液以及填充製程填充製程所使用的第二溶液各自具有合適的黏度,因此導電紗線可具備良好的結構強度,且其在多次水洗後仍可良好地維持其功能。
以下將以圖式揭露本揭露之複數個實施方式,為明確地說明起見,許多實務上的細節將在以下敘述中一併說明。然而,應瞭解到,這些實務上的細節不應用以限制本揭露。也就是說,在本揭露部分實施方式中,這些實務上的細節是非必要的,因此不應用以限制本揭露。此外,為簡化圖式起見,一些習知慣用的結構與元件在圖式中將以簡單示意的方式繪示之。另外,為了便於讀者觀看,圖式中各元件的尺寸並非依實際比例繪示。
本揭露內容提供一種導電紗線的製作方法,其依序包括成膜製程及填充製程,從而使以其所製成的導電紗線具備良好的結構強度,且導電紗線在多次水洗後仍可良好地維持其功能。
第1圖繪示根據本揭露一些實施方式的導電紗線的製作方法的流程圖。導電紗線的製作方法包括步驟S10及步驟S20。在步驟S10中,進行成膜製程,從而形成覆膜紗線。在步驟S20中,進行填充製程,從而形成導電紗線。在以下敘述中,將進一步說明上述各步驟。
首先,在步驟S10中,進行成膜製程,以將導電薄膜形成於紗線本體的表面,從而形成覆膜紗線。換句話說,覆膜紗線包括紗線本體以及導電薄膜,且導電薄膜覆蓋於紗線本體的表面。本揭露的成膜製程包括第一含浸步驟。在一些實施方式中,成膜製程可依序包括第一含浸步驟、熱固化步驟及近紅外光固化步驟。
在成膜製程的第一含浸步驟期間,將紗線本體浸泡於第一溶液中,使第一溶液包覆紗線本體的表面。在一些實施方式中,紗線本體的材料可包括聚對苯二甲酸乙二酯(PET)、聚對苯二甲酸丁二酯(PBT)或其組合,從而使後續所形成的導電紗線具備良好的結構強度。在較佳的實施方式中,紗線本體的材料可包括耐隆(nylon),使紗線本體與第一溶液中部分的試劑(例如,環氧樹脂)產生較強的附著力,從而使導電紗線具備更佳的結構強度。
在一些實施方式中,第一溶液可包括100重量份的導電結構、4至8重量份的第一環氧樹脂、5至10重量份的第二環氧樹脂及35至300重量份的溶劑。上述各試劑的含量可使第一溶液具有合適的黏度及表面張力,有利於第一含浸製程的進行。具體而言,第一溶液的黏度介於1000cP至5000cP間,從而兼具一定的流動性以及附著力。詳細而言,若第一溶液的黏度小於1000cP,第一溶液可能因流動性過高而不易附著於紗線本體的表面;若第一溶液的黏度大於5000cP,第一溶液可能因過於黏稠而不易均勻地包覆紗線本體。另一方面,上述各試劑的含量亦可使後續所形成的導電紗線具備穩定的導電性、良好的結構強度及合適的柔軟度。
第一溶液中的導電結構可使後續所形成的導電紗線具備穩定的導電性。在一些實施方式中,導電結構可例如是導電粉體結構、導電片狀結構、導電線狀結構或其組合,其中導電粉體結構的直徑以及導電片狀結構的寬度各自可介於2µm至5µm間,且導電線狀結構的長徑比可介於800至1200間,從而使導電紗線具備穩定的導電性及良好的結構強度,並使得第一溶液具有合適的黏度以利於第一含浸製程的進行。詳細而言,若導電粉體結構的直徑以及導電片狀結構的寬度小於2µm,或者導電線狀結構的長徑比小於800,導電結構可能因尺寸過小而無法彼此穩定地接觸以提供連續的電流路徑,從而影響導電紗線的導電性;若導電粉體結構的直徑及導電片狀結構的寬度大於5µm,或者導電線狀結構的長徑比大於1200,導電結構可能因尺寸過大而無法穩固地附著於紗線本體的表面,從而影響導電紗線的結構強度,並且易導致第一溶液過於黏稠,不利於第一含浸製程的進行。在一些實施方式中,導電結構的材料可包括銀,從而提供良好的導電性。
第一溶液中的第一環氧樹脂可於後續的熱固化步驟期間透過開環反應提升自身的交聯程度,從而將導電結構穩固地黏著於紗線本體的表面,以使後續所形成的導電紗線具備良好的結構強度。在一些實施方式中,第一環氧樹脂的重量平均分子量可介於300g/mole至1500g/mole間,且第一環氧樹脂的環氧當量可介於172Da至185Da間,從而提供良好的化學反應性。在一些實施方式中,第一環氧樹脂可包括醚基,以提升導電紗線的耐水洗性。在一些實施方式中,第一環氧樹脂可包括以式(1)表示的結構:
式(1),其中n為介於1至4間的整數。
第一溶液中的第二環氧樹脂可適度地破壞第一環氧樹脂的堆疊,從而使後續所形成的導電紗線具備合適的柔軟度。在一些實施方式中,第二環氧樹脂的重量平均分子量可介於80g/mole至100g/mole間,以有利於其嵌入至第一環氧樹脂間,從而適度地破壞第一環氧樹脂的堆疊。在一些實施方式中,第二環氧樹脂亦可透過開環反應於後續的熱固化步驟期間提升自身的交聯程度,從而將導電結構穩固地黏著於紗線本體的表面,以使導電紗線具備良好的結構強度。在一些實施方式中,第二環氧樹脂的環氧當量可介於170Da至210Da間,從而具備一定程度的化學反應性。在一些實施方式中,第二環氧樹脂可包括以式(2)表示的結構:
式(2)。
第一溶液中的溶劑可使第一溶液中的各試劑具有良好的相容性,並使第一溶液具有合適的黏度,從而有利於第一含浸製程的進行。在一些實施方式中,溶劑可包括乙醇,從而具有低毒性、高生物友善性以及低成本等的優點。
在一些實施方式中,第一溶液可更包括3至5重量份的交聯劑,且交聯劑具有胺基嵌段,從而於後續的熱固化步驟期間提升第一環氧樹脂及第二環氧樹脂各自的交聯度。具體而言,交聯劑可參與第一環氧樹脂及第二環氧樹脂各自的開環反應,以提升導電結構於紗線本體的表面的附著力,從而提升導電紗線的結構強度及耐水洗性。在一些實施方式中,交聯劑可包括二乙烯三胺,亦即交聯劑可包括以式(3)表示的結構:
式(3)。
在成膜製程的熱固化步驟期間,覆蓋紗線本體的表面的第一溶液可初步受熱而呈現半固化的狀態。在一些實施方式中,熱固化步驟可透過例如是陶瓷加熱管的設備進行,以提升受熱均勻度以及製程便利性。在一些實施方式中,熱固化步驟的溫度可介於150℃至160℃間,以確保第一溶液於受熱後維持在半固化的狀態,從而提升後續所形成的導電薄膜的均勻度(此將於下文中進行更詳細的說明)。如此一來,可使導電紗線具備良好的結構強度及耐水洗性。
在成膜製程的紅外光固化步驟期間,覆蓋紗線本體的表面且呈現半固化狀態的第一溶液可進一步受熱而完全地固化,從而均勻地黏著於紗線本體的表面,且第一溶液中的溶劑可完全地揮發。具體而言,透過兩段式的固化步驟(即依序進行的熱固化步驟及紅外光固化步驟),第一溶液可於呈現半固化狀態時緩和地移動以適度地填補缺陷或孔洞,從而提升第一溶液於完全固化後所形成的導電薄膜的均勻度。在一些實施方式中,紅外光固化步驟的近紅外光通量可介於6.01 J/cm
2至9.40 J/cm
2間,且近紅外光功率可介於4瓦特/平方公分至8瓦特/平方公分間,以確保第一溶液於受熱後完全地固化。在經上述步驟後,便可形成覆膜紗線,其包括紗線本體及導電薄膜,其中導電薄膜可包括導電結構、第一環氧樹脂、第二環氧樹脂,並可選擇性地包括交聯劑,且導電薄膜覆蓋紗線本體的表面。
接著,在步驟S20中,進行填充製程,將填充結構形成於覆膜紗線中,以形成導電紗線。詳細而言,導電紗線包括紗線本體、導電薄膜以及填充結構,其中導電薄膜覆蓋紗線本體的表面,且填充結構部分或完全地嵌入至導電薄膜中。本揭露的填充製程包括第二含浸步驟。在一些實施方式中,填充製程可依序包括第二含浸步驟、熱固化步驟及近紅外光固化步驟。
在成膜製程的第二含浸步驟期間,將覆膜紗線浸泡於第二溶液中,使第二溶液覆蓋覆膜紗線的表面並進一步滲入至導電薄膜中,以適度地填補導電薄膜中的缺陷或孔洞,從而提升導電紗線結構強度及耐水洗性。
在一些實施方式中,第二溶液可包括0.4至11重量份的第一環氧樹脂及85至100重量份的溶劑。在另一些實施方式中,第二溶液可包括0.4至11重量份的第一環氧樹脂、0.1至4.0重量份的縮水甘油醚及85至100重量份的溶劑。在其他實施方式中,第二溶液可包括0.5至7重量份的纖維素及92至100重量份的溶劑。上述各試劑的含量可使第二溶液具有合適的黏度及表面張力,以有利於第二含浸製程的進行。具體而言,第二溶液的黏度介於20cP至200cP間,從而兼具一定的流動性以及附著力。詳細而言,若第二溶液的黏度小於20cP,第二溶液可能因流動性過高而易由導電薄膜中的缺陷或孔洞流出;若第二溶液的黏度大於200cP,第二溶液可能因過於黏稠而不易滲入至導電薄膜中的缺陷或孔洞。另一方面,上述各試劑的含量亦可使後續所形成的導電紗線具備穩定的導電性、良好的結構強度及合適的柔軟度。
第二溶液中的第一環氧樹脂可填補導電薄膜中的缺陷或孔洞,從而加強後續所形成的導電紗線的結構強度及耐水洗性。有關於第一環氧樹脂的具體特徵可參照前文的內容,於此便不再贅述。另一方面,第二溶液中的溶劑可使第二溶液中的各試劑具有良好的相容性,並使第二溶液具有合適的黏度,從而有利於第二含浸製程的進行。在一些實施方式中,溶劑可包括乙醇,從而具有低毒性、高生物友善性以及低成本等的優點。
第二溶液中的纖維素可填補導電薄膜中的缺陷或孔洞,從而加強後續所形成的導電紗線的結構強度及耐水洗性。在一些實施方式中,纖維素的重量平均分子量可介於40000g/mole至120000g/mole間,從而具有良好的附著力及溶解度。詳細而言,若纖維素的重量平均分子量小於40000g/mole,其可能不具有良好的附著力以填補導電薄膜中的缺陷或孔洞;若纖維素的重量平均分子量大於120000g/mole,其可能無法完全地溶於溶劑中,不利於第二含浸製程的進行。在一些實施方式中,纖維素可例如是乙基纖維素,從而具有良好的溶解度。
第二溶液中的縮水甘油醚可進一步填補導電薄膜中更細微的缺陷或孔洞,從而加強後續所形成的導電紗線的結構強度及耐水洗性。在一些實施方式中,縮水甘油醚的重量平均分子量可介於130 g/mole至242 g/mole間,從而良好地滲入細微的缺陷或孔洞中。在一些實施方式中,縮水甘油醚可例如是烷基縮水甘油醚、烯烷基縮水甘油醚、苯基縮水甘油醚或其組合。詳細而言,烷基縮水甘油醚或烯烷基縮水甘油醚可具有良好的灌注性以及滲透性,而苯基縮水甘油醚可提供導電紗線良好的耐磨性。
在填充製程的熱固化步驟期間,覆蓋覆膜紗線的表面的第二溶液可初步受熱而呈現半固化的狀態。在一些實施方式中,熱固化步驟可透過例如是陶瓷加熱管的設備進行,以提升受熱均勻度以及製程便利性。在一些實施方式中,熱固化步驟的溫度可介於150℃至160℃間,以確保覆膜紗線不會因過度受熱而龜裂,並可提升後續所形成的導電薄膜的均勻度(此將於下文中進行更詳細的說明)。如此一來,可使導電紗線具備良好的結構強度以及耐水洗性。
在填充製程的紅外光固化步驟期間,覆蓋覆膜紗線的表面且呈現半固化狀態的第二溶液可進一步受熱而完全地固化,從而良好地填充至導電薄膜的缺陷或孔洞中,且第二溶液中的溶劑可完全地揮發。具體而言,透過兩段式的固化步驟(即依序進行的熱固化步驟以及紅外光固化步驟),第二溶液可於呈現半固化狀態時緩和地移動以適度地填補缺陷或孔洞,從而使導電紗線具備良好的結構強度及耐水洗性。在一些實施方式中,紅外光固化步驟的近紅外光通量可介於6.01 J/cm
2至9.40 J/cm
2間,且近紅外光功率可介於4瓦特/平方公分至8瓦特/平方公分間,以確保第二溶液於受熱後完全地固化。在經上述步驟後,便可形成導電紗線,其包括紗線本體、導電薄膜以及填充結構,其中導電薄膜覆蓋紗線本體的表面,且填充結構部分或完全地嵌入至導電薄膜中。
應瞭解到,已敘述過的元件連接關係與功效將不再重複贅述,合先敘明。在以下敘述中,將針對比較例及多個實施例的導電紗線進行各種測試與評估,以進一步驗證本揭露的功效。在比較例及各實施例的導電紗線的製作方法中,紗線本體的材料包括耐隆,紗線本體的規格為72d/48f,且第一溶液包括100重量份的導電結構、6重量份的第一環氧樹脂、6重量份的第二環氧樹脂、4重量份的交聯劑及50重量份的溶劑。比較例及各實施例的導電紗線的製作方法的詳細說明如表一所示。
表一
註1:各試劑的含量單位為重量份。
註2:纖維素的分子量為100000g/mole。
<實驗例1:導電紗線的線電阻測試>
是否進行填充製程 | 第二溶液 | ||||
第一環氧樹脂 (式(1)) | 纖維素 (乙基纖維素) | 縮水甘油醚 (苯基縮水甘油醚) | 溶劑 (乙醇) | ||
比較例1 | 否 | 無 | |||
實施例1 | 是 | 無 | 6 | 無 | 94 |
實施例2 | 是 | 6 | 無 | 無 | 94 |
實施例3 | 是 | 6 | 無 | 2 | 94 |
在本實驗例中,分別截取100公分的比較例及各實施例的導電紗線,並以電表量測並記錄其線電阻,以對比較例及各實施例的導電紗線進行電阻測試。測試結果如表二所示。
表二
線電阻(Ω/cm) | |
比較例1 | 2.00 |
實施例1 | 0.90 |
實施例2 | 1.54 |
實施例3 | 0.66 |
如表二所示,各實施例的導電紗線所量測到的線電阻皆小於比較例的導電紗線所量測到的線電阻,顯示經填充製程而製成的導電紗線具有較少的缺陷與孔洞,從而具備較佳的結構強度以提供較低的線電阻。
<實驗例2:導電紗線的耐水洗測試>
在本實驗例中,分別截取100公分的比較例及各實施例的導電紗線,將其串接於中空網布上,並以AATCC 135標準方法對比較例及各實施例的導電紗線進行20次水洗試驗,並於20次水洗試驗完畢後以電表量測並記錄其線電阻,以進行導電紗線的耐水洗測試。測試結果如表三所示。
表三
線電阻(Ω/cm) | ||
水洗前 | 20次水洗後 | |
比較例1 | 2.00 | >1056 |
實施例1 | 0.90 | 18.53 |
實施例2 | 1.54 | 12.38 |
實施例3 | 0.66 | 6.06 |
如表三所示,比較例的導電紗線於20次水洗試驗後所量測到的線電阻大幅提升,而各實施例的導電紗線於20次水洗試驗後所量測到的線電阻僅些微提升,顯示各實施例的導電紗線具備較佳的耐水洗性,從而於多次水洗試驗後良好的維持其功能。另一方面,實施例3的導電紗線明顯具有較佳的耐水洗性,可以得知當第二溶液包括縮水甘油醚時,縮水甘油醚可進一步填補導電薄膜中更細微的缺陷與孔洞,從而使導電紗線具有較佳的結構強度以抵抗水流的衝擊。針對導電紗線的耐水洗測試的結果,可進一步參閱第2圖,其繪示本揭露各實施例的導電紗線的線電阻─水洗次數曲線圖。由第2圖可知,各實施例的導電紗線的線電阻是隨著水洗次數的增加而緩慢上升,可見各實施例的導電紗線具備良好的結構強度。
根據本揭露上述實施方式,本揭露的導電紗線是依序經由成膜製程及填充製程製作而成。成膜製程可使導電薄膜均勻地覆蓋紗線本體,而填充製程可進一步使填充結構填補導電薄膜中的缺陷或孔洞。如此一來,導電紗線可具備良好的結構強度,且其在多次水洗後仍可良好地維持其功能。
雖然本揭露已以實施方式揭露如上,然其並非用以限定本揭露,任何熟習此技藝者,在不脫離本揭露之精神和範圍內,當可作各種之更動與潤飾,因此本揭露之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
S10~S20:步驟
為讓本揭露之上述和其他目的、特徵、優點與實施例能更明顯易懂,所附圖式之說明如下:
第1圖繪示根據本揭露一些實施方式的導電紗線的製作方法的流程圖;以及
第2圖繪示本揭露各實施例的導電紗線的線電阻─水洗次數曲線圖。
國內寄存資訊(請依寄存機構、日期、號碼順序註記)
無
國外寄存資訊(請依寄存國家、機構、日期、號碼順序註記)
無
S10~S20:步驟
Claims (9)
- 一種導電紗線的製作方法,包括:進行成膜製程,將導電薄膜形成於紗線本體的表面,以形成覆膜紗線,其中所述成膜製程包括:進行第一含浸步驟,使所述紗線本體浸泡於第一溶液中,其中所述第一溶液的黏度介於1000cP至5000cP間,所述第一溶液包括導電結構、第一環氧樹脂、第二環氧樹脂以及溶劑,且所述第一環氧樹脂的重量平均分子量大於所述第二環氧樹脂的重量平均分子量;以及進行填充製程,將填充結構形成於所述覆膜紗線中,以形成所述導電紗線,其中所述填充製程包括:進行第二含浸步驟,使所述覆膜紗線浸泡於第二溶液中,其中所述第二溶液黏度介於20cP至200cP間,所述第二溶液包括第三環氧樹脂,且所述第三環氧樹脂與所述第一環氧樹脂相同。
- 如請求項1所述的導電紗線的製作方法,其中所述填充結構嵌入至所述導電薄膜中。
- 如請求項1所述的導電紗線的製作方法,其中所述第一溶液包括:100重量份的所述導電結構;4至8重量份的所述第一環氧樹脂;5至10重量份的所述第二環氧樹脂;以及 35至300重量份的所述溶劑。
- 如請求項3所述的導電紗線的製作方法,其中所述導電結構包括導電粉體結構、導電片狀結構、導電線狀結構或其組合,所述導電粉體結構的直徑及所述導電片狀結構的寬度各自介於2μm至5μm間,且所述導電線狀結構的長徑比介於800至1200間。
- 如請求項3所述的導電紗線的製作方法,其中所述第一溶液更包括:3至5重量份的交聯劑,其中所述交聯劑具有胺基嵌段。
- 如請求項1所述的導電紗線的製作方法,其中所述第二溶液包括:0.4至11重量份的所述第三環氧樹脂;以及85至100重量份的所述溶劑。
- 如請求項6所述的導電紗線的製作方法,其中所述第二溶液更包括:0.1至4.0重量份的縮水甘油醚,其中所述第一環氧樹脂的重量平均分子量大於所述縮水甘油醚的重量平均分子量。
- 如請求項1所述的導電紗線的製作方法,其 中所述第二溶液包括:0.5至7重量份的纖維素,其中所述纖維素的重量平均分子量介於40000g/mole至120000g/mole間;以及92至100重量份的溶劑。
- 如請求項1所述的導電紗線的製作方法,其中所述成膜製程及所述填充製程各自包括:進行熱固化步驟,其中所述熱固化步驟的溫度介於150℃至160℃間;以及進行近紅外光固化步驟,其中所述近紅外光固化步驟的近紅外光通量介於6.01J/cm2至9.40J/cm2間,且近紅外光功率介於4瓦特/平方公分至8瓦特/平方公分間。
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US20160122941A1 (en) * | 2014-10-29 | 2016-05-05 | Industry-Academic Cooperation Foundation, Yonsei University | Conductive yarn, conductive yarn based pressure sensor and methods for producing them |
CN111395001A (zh) * | 2020-03-30 | 2020-07-10 | 联新(开平)高性能纤维有限公司 | 一种导电浸胶液及其制备方法和应用、浸胶帘子线及其制备方法和应用 |
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-
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- 2021-04-28 TW TW110115403A patent/TWI831004B/zh active
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