模具專業(yè)外文文獻(xiàn)翻譯-外文翻譯--PBT玻璃纖維增強(qiáng)復(fù)合材料水輔注塑成型的實(shí)驗(yàn)研究 中文

南京理工大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 )外文資料翻譯 系 部： 機(jī)械工程系 專 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)及其自動(dòng)化 姓 名： 學(xué) 號(hào)： 外文出處： 2007 附 件： 文； 指導(dǎo)教師評(píng)語(yǔ)： 譯文基本能表達(dá)原文思想 ， 語(yǔ)句較流暢 ， 條理 較清晰 ， 專業(yè)用語(yǔ)翻譯基本準(zhǔn)確 ， 基本符合中文習(xí)慣 ， 整體翻譯質(zhì)量一般 。 簽名： 年 月 日 璃纖維增強(qiáng)復(fù)合材料 水輔 注塑 成型的實(shí)驗(yàn)研究 摘要 ： 本報(bào)告的目的是通過實(shí)驗(yàn)研究聚 對(duì)苯二甲酸 丁二醇 復(fù)合材料水輔 注塑 的成型工藝。 實(shí)驗(yàn) 在一個(gè)配備了水輔 注塑 統(tǒng)的 80 噸注塑 機(jī)上進(jìn)行，包括一個(gè)水泵 ， 一個(gè)壓力檢測(cè)器，一個(gè)注水裝置。實(shí)驗(yàn)材料包括 5%玻璃纖維填充 混合物以及一個(gè)中間有一個(gè)肋板的空心盤。實(shí)驗(yàn)根據(jù)水注入制品的長(zhǎng)度的影響測(cè)得了各種工藝 參數(shù) 以及它們的機(jī)械性能。 后 ,作了水輔助和氣體輔助注塑件的比較。 實(shí)驗(yàn) 發(fā)現(xiàn) 熔體壓力 ,熔融溫度，及短射類型是影響水 注塑 行為的決定性 參數(shù) 。材料在模具一面比在水一面展示了較高的結(jié)晶度。氣輔成型制品也要比水輔成型制品結(jié)晶度高 。另外，制品表面的玻璃纖維大部分取向與流動(dòng)方向一致，而隨著離制品表面距離的增加，越 來(lái)越多的垂直與流動(dòng)方向。 關(guān)鍵詞 ： 水輔 注塑 成型，玻璃纖維增強(qiáng) 藝 參數(shù) ，機(jī)械性能，結(jié)晶 1前言 依靠重量輕，成型周期 短，消耗低，水輔 注塑 成型技術(shù)在塑料制品制造方面已經(jīng)取得了突破。 在水輔 注塑 成型中，模具行腔被部分注入聚合物熔體，而后向這些聚合物中心注入水。 水輔 注塑 成型的原理如圖 1 圖 1 水輔 注塑 成型的原理如圖 水輔 注塑 成型能夠在更短的循環(huán)時(shí)間內(nèi)生產(chǎn)出收縮小，翹曲小，表面質(zhì)量好的各種薄厚的制品。水輔 注塑 成型工藝也可根據(jù)工具及設(shè)備的承受壓力 在設(shè)計(jì)，節(jié)省材料，減輕重量，減少成本方面取得更大的自由。典型的 應(yīng)用有棒，管材，水路管網(wǎng)建設(shè)用的大型復(fù)合結(jié)構(gòu)管。另一方面 ，盡管有很多優(yōu)勢(shì)，由于 加入了 額外的工藝 參數(shù) ， 模具和工藝控制變的更加嚴(yán)峻和困難 。水也可能腐蝕模具鋼，同時(shí)一些材料包括熱塑性塑料難以成型。成型后水的清除也是對(duì)這個(gè)新技術(shù)的一個(gè)挑戰(zhàn)。表 1 列出了水輔 注塑 成型技術(shù)的優(yōu)勢(shì)和局限性。 優(yōu)勢(shì) 局限性 1，成型周期短 2，成本低（水更便宜而且可方便地循環(huán)利用） 3，制品內(nèi)部不產(chǎn)生泡沫現(xiàn)象。 1，水腐蝕模具 2，需要較大的 注塑 元件。（容易陷入聚合物熔體） 3，一些材料難以成型（尤其是非晶態(tài)熱塑性材料） 4，成型后需要清除 水 表 1 水輔 注塑 成型有優(yōu)勢(shì)超過它更有名的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手，氣輔 注塑 成型，因?yàn)橐揽克诔尚瓦^程中更好的冷卻能力，水輔 注塑 成型獲得了更短的成型周期。它的不可壓縮性，低成本以及易循環(huán)利用，水成為這一過程的理想媒介。既然水不會(huì)溶解和擴(kuò)散到聚合物熔體中，那么經(jīng)常在氣輔成型工藝出現(xiàn)的氣泡現(xiàn)象 也便消除了。另外，水輔 注塑 成型能更好的用小剩余壁厚成型大型制件。表 2 是對(duì)水輔和氣輔成型工藝的一個(gè)比較。 表 2 水輔和氣輔成型工藝比較。 水輔 氣輔 1 成型周期 2 介質(zhì)成本 3 氣泡現(xiàn)象 5 殘余壁厚 6 表面粗糙度 7 表面光澤 8 指形效應(yīng) 9 非均勻穿透 10 制品透明度 11 內(nèi)表面（熱塑性半晶） 12 內(nèi)表面（熱固性） 短 低 無(wú) 小 小 高 大 穩(wěn)定 高 平滑 粗糙 長(zhǎng) 高 有 大 高 低 小 不穩(wěn)定 低 粗糙 平滑 隨著 對(duì)密度小，強(qiáng)度高，價(jià)格便宜，成型周期短的優(yōu)良性能材料 需求的增加，塑料工程是一個(gè)不可忽視的工藝。這些塑料包括熱塑性和熱固性塑料。一般來(lái)說，熱塑性塑料以其更高的沖擊強(qiáng)度，斷裂阻力，疲勞強(qiáng)度而更有優(yōu)勢(shì)。這使得熱塑性塑料在工程建設(shè)中廣泛使用。 廣泛使用的熱塑性工程塑料之一，它有 1， 4 丁烯乙 2 醇和 合而成 。玻纖增 強(qiáng)混合材料適用于提高原材料的機(jī)械性能。今天，短玻璃纖維增強(qiáng) 被廣泛應(yīng)用與電子，通信，汽車領(lǐng)域。所以，對(duì)玻璃纖維增強(qiáng) 研究更加重要了。 本文是通過實(shí)驗(yàn)研究聚 對(duì)苯二甲酸 丁二醇 水輔 注塑 的成型工藝 ， 實(shí)驗(yàn)在一個(gè)配備了水輔 注塑 統(tǒng)的 80噸注塑機(jī)上進(jìn)行，包括一個(gè)水泵一個(gè)壓力檢 測(cè)器，一個(gè)注水裝置。實(shí)驗(yàn)材料包括 15%玻璃纖維填充 混合物以及一個(gè)中間有一個(gè)肋板的空心盤。實(shí)驗(yàn)根據(jù)水注入制品的長(zhǎng)度的影響測(cè)得了各種工藝 參數(shù) 以及它們的機(jī)械性能。 被用來(lái)分別材料和 結(jié)構(gòu)參數(shù) 。 最后 ,作了水輔助和氣體輔助注塑件 的比 較 。 2 實(shí)驗(yàn)步驟 料 實(shí)驗(yàn)材料包括 號(hào) 1111亞塑料，臺(tái)灣） 和 15%玻璃纖維填充混合物 （牌號(hào) 1210亞塑料，臺(tái)灣）。表 3 列出了此混合材料的特征。 表 3 纖維增強(qiáng) 合材料特征 性質(zhì) 5%服應(yīng)力 (kg/彎曲應(yīng)力 (kg/硬度 熱變形溫度 （ ） 擊強(qiáng)度 熔點(diǎn) （ ） 00 900 119 60 40 5 224 1000 1500 120 200 25 5 224 輔 注塑 元件 一個(gè)實(shí)驗(yàn)室注水元件， 包括一個(gè)水泵 ， 一個(gè)壓力檢 測(cè)器，一個(gè)注水閥 ，一個(gè)配備了溫度調(diào)節(jié)裝置的水箱，以及一個(gè)控制電路。 這個(gè)孔板型注水閥每邊有兩個(gè)孔，用來(lái)成型制件。實(shí)驗(yàn)過程中，注水閥的控制電路收到由注塑機(jī)產(chǎn)生的信號(hào)實(shí)現(xiàn)對(duì)時(shí)間和注水壓力的控制。在注入模具行腔之前， 水在有溫控裝置的水箱里加熱 30 分鐘。 塑機(jī)和模具 水輔 注塑 成型實(shí)驗(yàn) 在一個(gè)最高 注塑 速率 1090噸注塑機(jī)上進(jìn)行 。研究使用了 一個(gè)中間有一個(gè)肋板的空心盤 。圖 2顯 示了這個(gè)行腔的尺寸。 模具溫度由一個(gè)水循環(huán)模溫控制元件調(diào)節(jié)。 實(shí)驗(yàn)根據(jù)水注入制品的長(zhǎng)度的影響測(cè)得了各種工藝 參數(shù) ，包括熔體溫度，模具溫度，熔體充模壓力， 水溫 和水壓，注水延遲時(shí)間和保持時(shí)間，以及熔體短射類型。表 4列出這些工藝 參數(shù) 及在實(shí)驗(yàn)中的 數(shù)值 。 表 4 輔 注塑 元件 為了對(duì)水輔和氣輔注塑 成型制件進(jìn)行比較，氣輔 注塑 成型實(shí)驗(yàn)使用了一個(gè)商用氣輔 注塑 成型元件，其具體配置可參考 輔 注塑 成型工藝控制和水輔 注塑 成型一樣，除了氣體溫度設(shè)置為 25外。 D E F 熔體壓力 熔體溫度 短射類型 水 壓 水 溫 模具溫度 140 126 114 98 84 280 275 270 265 260 76 77 78 80 81 8 9 10 11 12 80 75 70 65 60 80 75 70 65 60 圖 2 模具行腔的尺寸和外形 了分析水輔 注塑 成型制品的晶體結(jié)構(gòu)，實(shí)驗(yàn)使用了具有 二維探測(cè)分析傳輸模式 的 廣角 X 射線衍射儀。更特別的是 實(shí)驗(yàn)對(duì) 水輔 注塑 成型制品 模具一邊和水一邊的樣品在 7 到 40 的范圍內(nèi)進(jìn)行測(cè)量。分析所用的樣品來(lái)自制品中心。為了獲得 品要求的厚度，多余的部分在一個(gè)旋轉(zhuǎn)輪上打磨掉。首先用濕的碳硅紗布，而后用粒度 300 的，再用粒度 600 和 1200 的，以獲得更好的表面質(zhì)量。 械性能 拉伸強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度測(cè)試在一個(gè)拉力測(cè)試機(jī)上進(jìn)行。實(shí)驗(yàn)對(duì)水輔 注塑 成型制件樣本進(jìn)行拉力測(cè)試以評(píng)估水溫對(duì)拉伸性能的影響。樣本的尺寸為300水輔 注塑 成型制件的彎曲實(shí)驗(yàn)也在室溫下進(jìn)行。彎曲樣本的尺寸為200微鏡觀察 用電子掃描顯微鏡（型號(hào) 5410）觀察制品中纖維的分子取向。 樣品為取自 注塑 成型制 件厚度方向上（圖 3） 。在垂直于流動(dòng)方向了對(duì)截面進(jìn)行觀察。觀察前，所有樣品表面 鍍金 。 圖 3 拉伸和彎曲測(cè)試切取樣品的位置圖示 3 結(jié)果和討論 所有 實(shí)驗(yàn)在一個(gè)最高 注塑 速率 109s 的 80噸注塑機(jī)上進(jìn)行 。所有研究中使用了 一個(gè)中間有一個(gè)肋板 水道 的空心盤 。 品的 指形 效應(yīng) 所有制品都在水道的過度區(qū)域出現(xiàn)了 指形 效應(yīng)。 并且，玻璃纖維增強(qiáng)的復(fù)合材料 指形 效應(yīng)比不增強(qiáng)的更嚴(yán)重，如圖 4 所示。 指形 效應(yīng)一般在一種密度小，粘性低的液體穿過另一種密度大，粘性高的不相溶液體時(shí)產(chǎn)生?？紤]一個(gè)密度和黏度變化都很快的兩 相界面或區(qū)域。流體移動(dòng)的壓力 致 有效的置換量用下式描述 這里 U 是特性速率， K 是 穿透 性。當(dāng)壓力為正時(shí)，任何很小的置換量 都會(huì)被放大，導(dǎo)致不穩(wěn)定并出現(xiàn) 指形 效應(yīng)。當(dāng)一種液體被比它密度低，黏度小的液體置換時(shí)，我們知道 = 1 0，而且 U O。這時(shí)，當(dāng)一個(gè)黏度較高的液體被一種黏度較低的液體置換時(shí)，這種液體流動(dòng)性較高，會(huì)出現(xiàn)不穩(wěn)定和 指形 效應(yīng)。這次研究的結(jié)果顯示 玻璃纖維增強(qiáng)的復(fù)合材料更傾向于 指形 效應(yīng)。這也許是因?yàn)椴ＡЮw維增強(qiáng)的復(fù)合材料和水的黏度差比較大。因此水輔 注塑 成型復(fù)合材料顯示了更嚴(yán)重的 指形 效應(yīng)。 穿透 對(duì)工藝 參數(shù) 的影響 圖 4 合材料水輔 注塑 成型照片 藝 參數(shù)對(duì)水穿透 的影響 實(shí)驗(yàn)根據(jù) 水 穿透 行為的 影響 測(cè)得了各種工藝 參數(shù) 。 表 4 列出這些工藝 參數(shù) 以及實(shí)驗(yàn)中使用的數(shù)值。為了成型制件，引用了一個(gè)重要工藝條件。通過在每一個(gè)實(shí)驗(yàn)中改變一個(gè) 參數(shù) ，我們可以更好的理解在復(fù)合材料水輔 注塑 成型中每個(gè) 參數(shù)對(duì)水 穿透 行為的 影響 。成型后，實(shí)驗(yàn)測(cè)量了水 注塑 的長(zhǎng)度。圖 5示了工藝參數(shù) 對(duì)水 注塑 長(zhǎng)度的影響，包括熔體充模壓力，熔體溫度，模具溫度，短射類型，水溫以及水壓。 實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，水在純凈 比在玻璃纖維增強(qiáng) 合材料中穿透更深。這是由于玻璃纖維增強(qiáng)復(fù)合材料冷卻過程中體積收縮更小，因此，制品 被水穿過的長(zhǎng)度要短些。 熔體充模壓力 圖 5，熔體充模壓力對(duì)水穿過長(zhǎng)度的影響 熔體溫度 圖 6 熔體溫度對(duì)水穿過長(zhǎng)度的影響 模具溫度 圖 7 模具溫度對(duì)水穿過長(zhǎng)度的影響 短射類型 圖 8 短射類型對(duì)水穿過長(zhǎng)度的影響 水溫 圖 9 水溫對(duì)水穿過長(zhǎng)度的影響 水壓 圖 10 水壓對(duì)水穿過長(zhǎng)度的影響 由圖 5 可以看出， 水穿過長(zhǎng)度 隨著熔體充模壓力的增大而減小。這可以解釋為由于熔 體充模壓力增大， 模具行腔對(duì)流動(dòng)的阻力增加，因此水更難以進(jìn)入材料的內(nèi)部。水穿過長(zhǎng)度因而變短。 圖 6 可以看出成型 合材料制品時(shí)，隨著熔體溫度是增加水穿過長(zhǎng)度也會(huì)變短。這也許是因?yàn)殡S著溫度增加聚合物熔體的黏度降低。較低的熔體黏度有利于水 包裹住水道，減少空閑區(qū)域，而不是更深的穿透。水道開頭孔的變小導(dǎo)致了水穿過長(zhǎng)度的變短。 如圖 7，增加模具溫度稍微降低了水在成型制品中的穿過長(zhǎng)度。這也許是因?yàn)樵黾幽＞邷囟冉档土死鋮s速率以及材料的黏度。于是水就包裹了水道，減少了水道口附近的空閑空間，而不是更深的穿透制品。 如圖 8， 增加短射率降低了水穿過長(zhǎng)度。在水輔 注塑 成型中，模具行腔被部分注入聚合物熔體，而后向這些聚合物中心注入水。 聚合物熔體短射率的增加降低了水在成型制品中的穿過長(zhǎng)度。 作為實(shí)驗(yàn)中的工藝 參數(shù) ，增加水溫或者水壓都 增加 了水在成型制品中的穿過長(zhǎng)度。增加水溫降低了冷卻速率，是聚合物熔體更長(zhǎng)時(shí)間內(nèi) 保溫，它的黏度也因此降低。這有利于水更深的進(jìn)入進(jìn)品中心。增加水壓也有利于水穿過物體，因此而獲得更深的穿透長(zhǎng)度。 最后，制品的偏差， 各種工藝 參數(shù) 測(cè)量的主觀性， 最大的制品偏差是翹曲。表 11 的結(jié)果顯示制品翹曲隨著水在成型制品中的穿過長(zhǎng)度的 降低而減少。這是因?yàn)?水穿過制品的長(zhǎng)度 越長(zhǎng)，包裹聚合物材料的水就越多。制品的翹曲和收縮也因而降低。 水穿過制品的長(zhǎng)度 型制品的結(jié)晶 一個(gè)結(jié)晶速率很高的半結(jié)晶熱塑性聚脂。在水輔 注塑 成型過程中，結(jié)晶在非等溫條件下發(fā)生，冷卻速率隨著冷卻時(shí)間而變化。這里研究了各種工藝參數(shù)包括充熔體溫度，模具溫度，以及水溫對(duì)成型制品結(jié)晶的影響。 測(cè)量使用了2 維廣角 X 射線衍射儀。表 12 的結(jié)果顯示所有材料在模具層的結(jié)晶比在水層的結(jié)晶度要高。這個(gè)結(jié)果標(biāo)志 著 在冷卻過程中水有著更好的冷卻能力 。這與我們?cè)缦韧ㄟ^測(cè) 量模內(nèi)溫度分布得到的結(jié)果一致。另外，表 12C 的實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示成型材料的結(jié)晶隨著水溫的增加而增加。這是因?yàn)樵黾铀疁亟档土死鋮s過程中的材料冷卻速率。成型制品因而有更高的結(jié)晶度。 熔體溫度，模具溫度，以及水溫對(duì)水輔成型制品結(jié)晶的影響 另一方面，為了對(duì)水輔和氣輔 注塑 成型制品的結(jié)晶作一個(gè)比較，我們?cè)谕慌_(tái)注塑機(jī)上做 了實(shí)驗(yàn)，不同的是注塑機(jī)裝備了一個(gè)高壓氮?dú)?注塑 裝置。圖 13的結(jié)果顯示氣輔 注塑 成型制品比水輔 注塑 成型制品有著更高的結(jié)晶度。這是因?yàn)樗瓤諝獾睦鋮s能力高，冷卻快。因而水輔 注塑 成型制 品比氣輔 注塑 成型制品的結(jié)晶度要低些。 圖 13，水輔和氣輔成型制品的結(jié)晶度 械性能 對(duì)水輔 注塑 成型制品樣本進(jìn)行拉伸測(cè)試以觀察水溫對(duì)拉伸性能的影響，表 14的測(cè)量結(jié)果顯示 其隨水溫增高而降低。正如我們看到的， 料的屈服應(yīng)力和拉伸應(yīng)力都隨著溫度增高而降低。另一方面， 輔 注塑 成型制品彎曲強(qiáng)度測(cè)試也在室溫下進(jìn)行。圖 15 的測(cè)試結(jié)果顯示，制品的彎曲強(qiáng)度也隨溫度升高而降低。 圖 15 水溫對(duì) 品彎曲強(qiáng)度的影響 圖 14 水溫對(duì) 品拉伸性能的影響 一般來(lái)說，增高水溫降低了 冷卻速率 ，使制品的結(jié)晶度增高。正如我們所知，對(duì)于半結(jié)晶熱塑性塑料，較高的結(jié)晶度意味著較低的自由體積因而增加了制品的剛度。 但是，實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，結(jié)晶度對(duì) 學(xué)性能的影響是微不足道的，有更重要的增加了 料的拉伸和彎曲應(yīng)力。成型材料的機(jī)械性能取決于成型過程中結(jié)晶的數(shù)量和晶體類型。 延展性隨著結(jié)晶降低的事實(shí)說明冷卻速率較低的成型過程中結(jié)晶度和剛性增加 ，因?yàn)槿狈ρ诱剐?，成型制品在拉伸測(cè)試中的數(shù)值較高，而剛度 沒有預(yù)期的高。無(wú)論如何，需要更詳細(xì) 的實(shí)驗(yàn) 研究水輔 注塑 成型制品的形態(tài)參數(shù)以及相關(guān)的機(jī)械性能 。 型制品中纖維取向 從制品的中間切取小的樣品用來(lái)觀察纖維的取向。觀察的位置如圖 3 所示。觀察前，所有樣品的表面被磨光并 鍍金 。圖 16 顯示了水輔 注塑 成型制品的微型結(jié)構(gòu)。 圖 16 合材料水輔注塑成型制品的纖維取向 測(cè)量 結(jié)果顯示 水輔注塑成型制品中的纖維取向與常規(guī)注塑制品有明顯區(qū)別。 在常規(guī)注塑制品中 一般觀察兩個(gè)區(qū)域：薄壁處與中心。在薄壁區(qū)域，所有纖維取向與流動(dòng)方向平行，而在中心，纖維在流動(dòng)平面內(nèi)取向隨意。與常規(guī)注塑成型相比，水輔注塑成型技術(shù)的充模方式不同。對(duì)于常規(guī)注塑機(jī)，一個(gè)循環(huán)周期被定 義為充模，保壓，冷卻 3 個(gè)階段 。而在水輔注塑成型過程中， 模具行腔被部分注入聚合物熔體，而后向這些聚合物中心注入水。這個(gè)新穎的充模方式明顯影響了纖維的取向。 由圖 16 可以看出，水輔注塑成型制品的纖維取向大致可分為 3 個(gè)區(qū)域，在模具一邊的表面，這里充模時(shí)剪切很嚴(yán)重，纖維很規(guī)則的平行。在水一側(cè)的表面，剪切作用不明顯，速率快，在這種情況下，纖維更傾向與 垂直與注射方向。在制品中心，纖維取向很隨意。 總的來(lái)說，模具一邊的制品表面的玻璃纖維 取向 大部分與流動(dòng)方向一致 ，而 隨著離這一表面距離的增加，纖維取向逐漸 的垂直與流動(dòng)方向。 最 后，應(yīng)該注意的是，我們實(shí)驗(yàn)室應(yīng)該在今后的研究中對(duì) 水輔注塑成型和常規(guī)注塑成型的纖維取向和形態(tài)做一個(gè)定量的比較。 4 結(jié)論 本報(bào)告的目的是通過實(shí)驗(yàn)研究聚對(duì)苯二甲酸丁二醇復(fù)合材料水輔 注塑 的成型工藝 ?；诋?dāng)前實(shí)驗(yàn)可得出以下結(jié)論 1. 水輔注塑成型制品在水道的過度區(qū)域出現(xiàn)了 指形 效應(yīng)。并且，玻璃纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的 指形 效應(yīng)比不增強(qiáng)的更嚴(yán)重 2. 研究的實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示 合材料的水穿透長(zhǎng)度隨著水溫和水壓的增加而增加。隨著熔體充模壓力，熔體溫度，模具溫度，短射量的增加而降低。， 3. 制品的翹曲隨著水穿透的程度而降低了。 4. 注塑制品的結(jié)晶度隨著 水溫的升高而提高。 水輔成型制品的結(jié)晶度比氣輔的要低。 5. 模具一邊的制品表面的玻璃纖維 取向 大部分與流動(dòng)方向一致 ，而 隨著離這一表面距離的增加，纖維取向逐漸 的垂直與流動(dòng)方向 感謝 感謝臺(tái)灣科學(xué)委員會(huì)對(duì)研究工作的資金支持！ 參考文獻(xiàn) 1 . 002(42. 2 , , . 3 J, S. 003;43:1806. 4 J, S. : 004;35:171. 5 , , D. 000;29:31. 6 , , H. 996;36:2163. 7 P. 004;33:170. 8 . 988;28:143. 9 J, M, G, . 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