BR102015000655B1 - Mangueira para bomba de combustível com baixa permeação - Google Patents
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Abstract
mangueira para bomba de meio-fio com baixa permeação a presente invenção refere-se a uma mangueira para bomba de meio-fio com baixa permeação, que é caracterizada por ser composta por: (a) uma camada de tubo, em que a camada de tubo é composta por uma primeira borracha de nitrila; (b) uma camada de barreira que está situada sobre a camada de tubo, em que a camada de barreira é composta por um termoplástico fluorado; (c) uma camada de fricção que está situada sobre a camada de barreira, em que a camada de fricção é composta por uma segunda borracha de nitrila; (d) uma camada de reforço que está situada sobre a camada de fricção, em que a camada de reforço é composta por fios trançados de aço, em que os fios trançados de aço possuem uma cobertura do conjunto de fios de aproximadamente 30 por cento a aproximadamente 60 por cento; e (e) uma camada de proteção que está situada sobre a camada de reforço, em que a camada de proteção é composta por um polietileno clorado.
Description
[001] A presente invenção refere-se a uma mangueira adequada para uso na transferência de combustíveis como gasolina, gasoleo, diesel e biodiesel. Essas mangueiras são de valor especial para o uso em conjunto com bombas de abastecimento de combustível com recuperação de vapor, tais como aquelas usadas para o abastecimento de combustível em automóveis e caminhões.
[002] Uma ampla gama de demandas relativas ao desempenho é imposta sobre as bombas de combustíveis, tais como aquelas usadas em postos de abastecimento de gasolina e paradas de caminhões. Por exemplo, tais mangueiras precisam ser fortes, duráveis, flexíveis, resistentes a solventes orgânicos, resistentes à expansão volumétrica, oferecerem uma longa vida útil e disporem de baixa permeabilidade à gasolina. É necessário também que tais mangueiras de combustível possam ser acopladas a encaixes de maneira que impeça o escapa- mento do combustível.
[003] Existe atualmente uma demanda para melhorar ainda mais tais mangueiras e torná-las menos permeáveis aos combustíveis, como gasolina, gasol (gasolina que contém uma quantidade significativa de álcool etílico, como 10 por cento ou mais), diesel e biodiesel. Isso porque a migração do combustível através da mangueira e finalmente sua evaporação e escape para a atmosfera representa uma preocupação ambiental. Dessa forma, tais mangueiras precisam cumprir várias normas impostas pela Environmental Protection Agency(Agência de Proteção Ambiental dos Estados Unidos), pelo Califórnia Air Resources Board(Conselho de Recursos Atmosféricos da Califórnia) e por outras autoridades governamentais de acolhimento. Contudo, melhorar a resistência de tais mangueiras à permeação pelo combustível e especialmente por gasol sem comprometer as características físicas e quí-micas necessárias da mangueira provou ser uma tarefa extremamente difícil.
[004] A mangueira para bomba de combustível (mangueira de combustível) desta invenção oferece um nível extremamente alto de resistência à permeação por gasolina e gasol (menos de 10 gra- mas/m2/dia). Este nível é alcançado sem comprometer outras características importantes da mangueira, tais como solidez, durabilidade, flexibilidade e resistência à expansão volumétrica. Essas mangueiras também oferecem uma vida útil longa e podem ser acopladas a encaixes de maneira a prevenir o escapamento do combustível.
[005] A presente invenção revela mais especificamente uma mangueira para bomba de combustível compreendendo: (a) uma camada de tubo, em que a camada de tubo é composta por uma primeira borracha nitrílica com teor de acrilonitrila incluído dentro da faixa de aproximadamente 28 por cento em peso a aproximadamente 50 por cento em peso, e em que a camada de tubo é composta por uma terceira borracha nitrílica que inclui pelo menos um agente termoplástico fluorado promotor da adesão; (b) uma camada de barreira que se situa sobre a camada de tubo em que a camada de barreira é composta por um termoplástico fluorado; (c) uma camada de fricção que se situa sobre a camada de barreira, em que a camada de fricção é composta por uma segunda borracha nitrílica com teor de acrilonitrila incluído dentro da faixa de aproximadamente 28 por cento em peso a aproximadamente 50 por cento em peso, e em que a camada de fricção é composta ainda pela terceira borracha nitrílica que inclui pelo menos um agente termoplástico fluorado promotor da adesão; (d) uma camada de reforço que se situa sobre a camada de fricção, em que a camada de reforço é composta por fios trançados de aço, em que os fios trançados de aço possuem uma cobertura do conjunto de fios dentro da faixa de aproximadamente 30 por cento a aproximadamente 60 por cento; e (e) uma camada de proteção que se situa sobre a camada de reforço, em que a camada de proteção é composta por polietileno clorado.
[006] A presente invenção também revela uma mangueira para bomba de combustível compreendendo: (a) uma camada de tubo, em que a camada de tubo é composta por uma primeira borracha nitrílica com teor de acrilonitrila incluído dentro da faixa de aproximadamente 25 por cento em peso a aproximadamente 50 por cento em peso; (b) uma camada adesiva que se situa sobre a camada de tubo, em que a camada adesiva é composta por uma terceira borracha nitrílica que inclui pelo menos um agente termoplástico fluorado promotor da adesão; (c) uma camada de barreira que se situa sobre a camada adesiva, em que a camada de barreira é composta por um termoplástico fluorado; (d) uma camada de fricção que se situa sobre a camada de barreira, em que a camada de fricção é composta por uma segunda borracha nitrílica com teor de acrilonitrila incluído dentro da faixa de aproximadamente 15 por cento em peso a aproximadamente 50 por cento em peso, e em que a camada de fricção é composta ainda pela terceira borracha nitrílica que inclui pelo menos um agente termoplástico fluorado promotor da adesão; (e) uma camada de reforço que se situa sobre a camada de fricção, em que a camada de reforço é composta por fios trançados de aço, em que os fios trançados de aço possuem uma cobertura do conjunto de fios situada dentro da faixa de aproximadamente 30 por cento a aproximadamente 60 por cento; e (f) uma camada de proteção que se situa sobre a camada de reforço, em que a camada de proteção é composta por polietileno clorado.
[007] A Figura 1 é uma vista em corte de uma mangueira para bomba de combustível desta invenção que ilustra as várias camadas em seu interior.
[008] A Figura 2 é uma vista em corte de uma modalidade alternativa da bomba de combustível desta invenção, a qual inclui uma camada adesiva que se situa entre a camada de tubo e a camada de barreira.
[009] A Figura 3 ilustra uma camada de reforço dispondo de um padrão de trançado dos fios e que se situa sobre uma camada de fricção (a camada de proteção não é mostrada).
[0010] A mangueira para bomba de combustível 10 da presente invenção é ilustrada na Figura 1 e tipicamente possui um diâmetro interno de aproximadamente 0,720 polegadas a 0,780 polegadas e um diâmetro externo de aproximadamente 1,115 polegadas a 1,165 polegadas. A mangueira 10 possui uma camada de tubo (camada central) 1, em relação à direção radial da mangueira e ao eixo longitudinal da mangueira. A camada de tubo 1 é a camada mais interna da mangueira. Essa camada tubular interna central define o lúmen 11 da mangueira e, tipicamente, sua espessura é de aproximadamente 0,045 polegadas a 0,095 polegadas. A espessura da camada de tubo é mais tipicamente de 0,060 polegadas a 0,080 polegadas. A camada tubular interna central 1 é frequentemente designada na técnica como simplesmente o "tubo" ou como simplesmente o "núcleo".
[0011] A camada de tubo 1 é composta pela primeira borracha nitrílica tendo teor de acrilonitrila incluído dentro da faixa de aproximadamente 28 por cento em peso a aproximadamente 50 por cento em peso. A primeira borracha nitrílica terá tipicamente um teor de acrilonitrila que se situa dentro da faixa de aproximadamente 30 por cento em peso a aproximadamente 45 por cento em peso e terá mais tipicamenteum teor de acrilonitrila que se situa dentro da faixa de aproximadamente 35 por cento em peso a aproximadamente 45 por cento em peso. Em muitos casos, a primeira borracha nitrílica terá um teor de acrilonitrila que se situa dentro da faixa de aproximadamente 38 por cento em peso a aproximadamente 42 por cento em peso. A primeira borracha nitrílica utilizada na camada de tubo é curada com um agente de cura peróxido e um coagente, os quais são empregados a um nível de aproximadamente 4 a 10 phr (partes em peso por 100 partes em peso de borracha).
[0012] Por exemplo, peróxidos como peróxido de dicumila, a-a-bis(t-butilperoxido)diisopropilbenzeno, peróxido de benzoíla, peró-xido de 2,4-diclorobenzoíla,1,1 -bis(t-butilperoxi)3,3,5-trimetilciclohexano, 2,5-dimetil-2,5-bis(t-butilperoxi)hexano, 2,5-dimetil-2,5-bis(t-butilperoxi)hexino-3 e 4,4-bis(t-butilperoxi)valerato de n-butila podem ser empregados na cura da borracha nitrílica empregada na camada de tubo da mangueira. Os agentes de cura peróxidos mais preferidos e disponíveis comercialmente são Di-Cup® 40 KE e Vul-Cup® 40 KE da Arkema Inc. De 1 a aproximadamente 10 partes de peróxido são em geral utilizados com base em 100 partes do polímero de base.
[0013] A borracha nitrílica empregada na camada de tubo da mangueira desta invenção pode também conter vários aditivos em quantidades convencionais ou adequadas, conhecidas pelos técnicos no assunto. Tais aditivos podem incluir, entre outros, retardadores para prevenir uma dura indevidamente rápida, antioxidantes, auxiliares do processamento, agentes reforçadores e cargas, como negro de fumo, sílica, outras cargas minerais, lignina e os semelhantes. As cargas de reforço são tipicamente utilizadas a um nível que se situa dentro da faixa de 50 phr a 150 phr.
[0014] A primeira borracha nitrílica usada na camada de tubo é composta ainda por pelo menos um agente termoplástico fluorado promotor da adesão. Esse agente promotor da adesão é composto por (a) pelo menos um óxido de metal selecionado a partir do grupo constituído por óxido de magnésio, óxido de cálcio e hidrotalcita e (b) um sal de ônio orgânico ou sal de diamina. O óxido de metal está tipicamente presente a um nível dentro da faixa de 15 phr a 40 phr e está preferivelmente presente dentro da faixa de 20 phr a 30 phr. O sal de ônio orgânico está tipicamente presente a um nível dentro da faixa de 3 phr a 8 phr, estando o sal de diamina presente a um nível dentro da faixa de 1 phr a 4 phr. Prefere-se que o sal de ônio orgânico esteja presente a um nível dentro da faixa de 4 phr a 6 phr com o sal de diamina estando presente a um nível dentro da faixa de 2 phr a 3 phr. Formulações adicionais de borracha nitrílica que podem ser usadas na camada de tubo são descritas na Patente dos Estados Unidos 6 270 901 e na Patente dos Estados Unidos 6 482 522. Os ensinamentos da Patente dos Estados Unidos 6 270 901 e da Patente dos Estados Unidos 6 482 522 são aqui incorporados por referência neste pedido de patente para efeitos de descrever várias formulações de borracha nitrílica que podem ser utilizadas na camada de tubo da mangueira desta invenção.
[0015] Uma camada de barreira 2 está posicionada por fora da camada de tubo 1. A camada de barreira é composta por um termoplástico fluorado e sua espessura é tipicamente de 0,003 polegadas a 0,017 polegadas. A espessura da camada de barreira é more tipicamente de 0,006 polegadas a 0,014 polegadas. O termoplástico fluorado é tipicamente um polímero fluorado semicristalino com temperatura do pico de fusão situada dentro da faixa de 100 °C a 275 °C e que se situa tipicamente dentro da faixa de 120 °C a 250 °C, conforme determinado pela norma ASTM D4591. Em muitos casos, o polímero fluorado semicristalino terá uma temperatura do pico de fusão situada dentro da faixa de 130 °C a 200 °C. Prefere-se normalmente, para o polímero fluorado semicristalino, que sua temperatura do pico de fusão situe-se dentro da faixa de 140 °C a 185 °C. Tipicamente, prefere-se mais, para o polímero fluorado semicristalino, que sua temperatura do pico de fusão situe-se dentro da faixa de 150 °C a 175 °C. Em geral, é mais preferível, para o polímero fluorado semicristalino, que sua temperatura do pico de fusão situe-se dentro da faixa de 160 °C a 170 °C.
[0016] O polímero fluorado semicristalino terá tipicamente uma massa molecular numérica média situada dentro da faixa de 25.000 a 1.000.000, um teor de hidrogênio inferior a por cento em peso e um teor de flúor situado dentro da faixa de 65 por cento em peso a 76 por cento em peso. O polímero fluorado semicristalino será tipicamente composto por unidades repetidas interpolimerizadas de hexafluoropropeno, di-fluoreto de vinilideno e tetrafluoroetileno, em que as unidades repetidas no polímero fluorado semicristalino estão distribuídas em ordem essencialmente aleatória. As unidades repetidas de hexafluoropropeno estão tipicamente presentes a um nível situado dentro da faixa de 50 por cento em peso a 70 por cento em peso, em que as unidades repetidas de di-fluoreto de vinilideno estão presentes a um nível situado dentro da faixa de 10 por cento em peso a 30 por cento em peso e em que as unidades repetidas de tetrafluoroetileno estão presentes a um nível situado dentro da faixa de 10 por cento em peso a 30 por cento em peso.
[0017] As unidades repetidas de hexafluoropropeno no polímero fluorado semicristalino estão frequentemente presentes a um nível situado dentro da faixa de 55 por cento em peso a 65 por cento em peso, em que as unidades repetidas de di-fluoreto de vinilideno estão presentes a um nível situado dentro da faixa de 15 por cento em peso a 25 por cento em peso e em que as unidades repetidas de tetrafluoroetileno estão presentes a um nível situado dentro da faixa de 15 por cento em peso a 25 por cento em peso. Em muitos casos, as unidades repetidas de hexafluoropropeno estão presentes no polímero fluorado semicris- talino a um nível situado dentro da faixa de 57 por cento em peso a 61 por cento em peso, em que as unidades repetidas de di-fluoreto de vinilideno estão presentes a um nível situado dentro da faixa de 20 por cento em peso a 24 por cento em peso e em que as unidades repetidas de tetrafluoroetileno estão presentes a um nível situado dentro da faixa de 17 por cento em peso a 21 por cento em peso.
[0018] O polímero fluorado semicristalino terá tipicamente um modulo de flexão situado dentro da faixa de 180 MPa a 240 MPa e terá preferivelmente um módulo de flexão situado dentro da faixa de 200 MPa a 220 MPa, conforme determinado pela norma ASTM D790. O polímero fluorado semicristalino terá também tipicamente um índice de fluxo à fusão situado dentro da faixa de 8 a 12, conforme determinado a 265 °C/5 kg pela norma ASTM D1238. A Patente dos Estados Unidos 6 489 420 descreve vários polímeros fluorados semicristalinos que podem ser utilizados na camada de barreira 2 da mangueira desta invenção. Os ensinamentos da Patente dos Estados Unidos 6 489 420 são aqui in-corporados para fins de descrever tais polímeros termoplásticos fluorados e técnicas que podem ser empregadas na síntese de tais polímeros.
[0019] A camada de fricção 3 está situada sobre e por fora da camada de barreira 2 na mangueira 10 desta invenção. A espessura da camada de fricção é tipicamente de 0,015 polegadas a 0,075 polegadas e será tipicamente de 0,030 polegadas a 0,050 polegadas. A camada de fricção 3 estará tipicamente em contato direto com a camada de barreira 2. A camada de fricção 3 é composta por uma borracha nitrílica curada com peróxido e pode ser da mesma formulação que a usada na camada de tubo 1. Contudo, em alguns casos, pode ser desejável empregar uma formulação diferente de borracha nitrílica na camada de fricção.Por exemplo, em alguns casos, pode ser desejável empregar uma borracha nitrílica com nível mais baixo do teor de acrilonitrila.
[0020] As mangueiras para bomba de combustível desta invenção possuem uma camada de reforço 4 que se situa sobre e por fora da camada de fricção 3. Conforme é mostrado na Figura 2, a camada de reforço 4 estará tipicamente em contato direto com a camada de fricção 3. A camada de reforço 4 é formada por fios trançados de aço que são tipicamente revestidos de bronze. Por exemplo, a camada de reforço 4 pode ser produzida utilizando uma máquina para trançar dispondo de 24 transportadores (bobinas de fio) para 6 extremidades de fios com bitola de 0,012 polegadas. Em qualquer caso, é importante que os fios trançados de aço usados na camada de reforço 4 possuam uma cobertura do conjunto de fios situada na faixa de aproximadamente 30 por cento a aproximadamente 60 por cento. Em outras palavras, os fios da camada de reforço cobrem de 30 por cento a 60 por cento da área superficial da camada de fricção 3 com os demais 40 por cento a 70 por cento da camada de fricção 3 sendo expostos através de janelas no padrão trançado. Os fios trançados de aço terão tipicamente uma cobertura do conjunto de fios situada dentro da faixa de aproximadamente 32 por cento a aproximadamente 55 por cento e terão, de preferência, uma cobertura do conjunto de fios situada dentro da faixa de aproxi-madamente 35 por cento a aproximadamente 50 por cento. Os fios trançados de aço terão mais preferivelmente uma cobertura do conjunto de fios situada dentro da faixa de aproximadamente 40 por cento a aproximadamente 45 por cento.
[0021] Uma camada de proteção 5 está posicionada por fora da camada de reforço 4. A espessura da camada de proteção 5 é tipicamente de 0,050 polegadas a 0,1 polegadas e é de preferência de 0,065 polegadas a 0 085 polegadas. A camada de proteção 5 é composta por polietileno clorado que possui tipicamente um teor de cloro situado dentro da faixa de 30 por cento a 36 por cento. Prefere-se que o polie- tileno clorado tenha um teor de cloro situado dentro da faixa de 34 por cento a 36 por cento.
[0022] Em uma modalidade alternativa desta invenção, conforme ilustrada na Figura 2, a camada de tubo 1 é otimizada para resistência ao combustível e adesão a uma camada adesiva 6 que se situa por fora da camada de tubo 1 e por dentro da camada de barreira 3. Nesse desenho alternativo, os agentes promotores da adesão são removidos da camada de tubo 1, assim otimizando sua resistência ao combustível, expansão do volume e adesão à camada adesiva de borracha 6. Esse deve pode levar também à redução do custo.
[0023] Embora certas modalidades representativas e detalhes tenham sido mostrados para fins de ilustrar a presente invenção, será evidente para os técnicos no assunto que várias mudanças e modificações podem ser efetuadas sem que se afastem do âmbito da presente invenção.
Claims (15)
1. Mangueira para bomba de combustível, caracterizada pelo fato de ser composta por: (a) uma camada de tubo (1), sendo que a camada de tubo (1) é composta por uma primeira borracha nitrílica com teor de acrilonitrila incluído dentro da faixa de 28 por cento em peso a 50 por cento em peso, e em que a camada de tubo (1) é composta ainda por uma terceira borracha nitrílica que inclui pelo menos um agente termoplástico fluorado promotor da adesão; (b) uma camada de barreira (2) que se situa sobre a camada de tubo (1), sendo que a camada de barreira (2) é composta por um termoplástico fluorado; (c) uma camada de fricção (3) que se situa sobre a camada de barreira (2), sendo que a camada de fricção (3) é composta por uma segunda borracha nitrílica tendo teor de acrilonitrila incluído dentro da faixa de 28 por cento em peso a 50 por cento em peso, e sendo que a camada de fricção (3) é composta ainda pela terceira borracha nitrílica que inclui pelo menos um agente termoplástico fluorado promotor da adesão; (d) uma camada de reforço (4) que se situa sobre a camada de fricção (3), sendo que a camada de reforço (4) é composta por fios trançados de aço, sendo que os fios trançados de aço possuem uma cobertura do conjunto de fios situada dentro da faixa de 30 por cento a 60 por cento; e (e) uma camada de proteção (5) que se situa sobre a camada de reforço (4), sendo que a camada de proteção (5) é composta por polietileno clorado.
2. Mangueira para bomba de combustível de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que os fios trançados de aço são fios de aço revestidos de bronze tendo uma cobertura do conjunto de fios situada dentro da faixa de 32 por cento a 55 por cento.
3. Mangueira para bomba de combustível de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizada pelo fato de que os fios trançados de aço possuem uma cobertura do conjunto de fios situada dentro da faixa de 40 por cento a 45 por cento.
4. Mangueira para bomba de combustível de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizada pelo fato de que o termoplástico fluorado é um polímero fluorado semicristalino tendo uma temperatura do pico de fusão situada dentro da faixa de 100 °C a 275 °C.
5. Mangueira para bomba de combustível de acordo com a reivindicação 4, caracterizada pelo fato de que o polímero fluorado semicristalino possui uma massa molecular numérica média situada dentro da faixa de 25.000 a 1.000.000, em que o polímero fluorado semicristalino possui um teor de hidrogênio inferior a 5 por cento em peso e em que o polímero fluorado semicristalino possui um teor de flúor situado dentro da faixa de 65 por cento em peso a 76 por cento em peso.
6. Mangueira para bomba de combustível de acordo com a reivindicação 5 ,caracterizada pelo fato de o polímero fluorado semicristalino é composto por unidades repetidas interpolimerizadas de hexafluoropropeno, di-fluoreto de vinilideno e tetrafluoroetileno, e em que as unidades repetidas no polímero fluorado semicristalino estão distribuídas em ordem essencialmente aleatória.
7. Mangueira para bomba de combustível de acordo com a reivindicação 6, caracterizada pelo fato de que as unidades repetidas de hexafluoropropeno estão presentes a um nível situado dentro da faixa de 50 por cento em peso a 70 por cento em peso, em que as unidades repetidas de di-fluoreto de vinilideno estão presentes a um nível situado dentro da faixa de 10 por cento em peso a 30 por cento em peso e em que as unidades repetidas de tetrafluoroetileno estão presentes a um nível situado dentro da faixa de 10 por cento em peso a 30 por cento em peso.
8. Mangueira para bomba de combustível de acordo com a reivindicação 7, caracterizada pelo fato de que o polímero fluorado semicristalino possui um módulo de flexão situado dentro da faixa de 180 MPa a 240 MPa e em que o polímero fluorado semicristalino possui um índice de fluxo à fusão situado dentro da faixa de 8 a 12.
9. Mangueira para bomba de combustível de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizada pelo fato de que a primeira borracha nitrílica possui um teor de acrilonitrila situado dentro da faixa de 28 por cento em peso a 45 por cento em peso e em que a primeira borracha nitrílica é curada com um agente de cura peróxido.
10. Mangueira para bomba de combustível de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizada pelo fato de que a primeira borracha nitrílica é composta ainda por pelo menos uma carga de reforço incluindo negro do fumo.
11. Mangueira para bomba de combustível de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 10, caracterizada pelo fato de que a carga de reforço inclui ainda pelo menos uma carga mineral.
12. Mangueira para bomba de combustível de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 11, caracterizada pelo fato de que a carga de reforço está presente a um nível situado dentro da faixa de 50 phr a 150 phr.
13. Mangueira para bomba de combustível de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 12, caracterizada pelo fato de que a primeira borracha nitrílica é composta ainda por pelo menos um agente termoplástico fluorado promotor da adesão.
14. Mangueira para bomba de combustível de acordo com a reivindicação 13, caracterizada pelo fato de que o agente termoplástico fluorado promotor da adesão é composto por (a) pelo menos um óxido de metal selecionado a partir do grupo constituído por óxido de magnésio, óxido de cálcio e hidrotalcita e (b) um sal de ônio orgânico ou um sal de diamina; em que o óxido de metal está presente a um nível situado dentro da faixa de 15 phr a 40 phr; em que o sal de ônio orgânico está presente a um nível situado dentro da faixa de 3 phr a 8 phr; e em que o sal de diamina está presente a um nível situado dentro da faixa de 1 phr a 4 phr.
15. Mangueira para bomba de combustível de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a camada adesiva (6) está situada acima da camada de tubo (1), sendo que a camada adesiva (6) é composta por uma terceira borracha nitrílica que inclui pelo menos um agente promotor de adesão de termoplástico fluorado.
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