CN101824218A - 提高pps滑动构件的耐磨耗性的方法 - Google Patents

Abstract

涉及一种提高聚苯硫醚滑动构件的耐磨耗性的方法。本发明提供能够充分抑制滑动时的树脂的磨耗量，用于在更为苛刻的滑动条件下仍能抑制PPS滑动构件的磨耗量的急剧上升的技术。其为使用对经过纤维强化的聚苯硫醚(PPS)树脂进行成型而成的PPS滑动构件的方法，在与对象构件相对地滑动的PPS滑动构件的滑动面上，根据规定的滑动条件形成利用上述滑动面的表面改性所形成的覆膜，通过该覆膜提高上述PPS滑动构件的耐磨耗性。PPS树脂优选以具有70摩尔％以上对苯硫醚基的实质上为直链状的聚苯硫醚树脂为主体。

Description

提高PPS滑动构件的耐磨耗性的方法

技术领域

本发明涉及对经过纤维强化的聚苯硫醚(PPS)树脂进行成型而成的PPS滑动构件的耐磨耗性提高方法。

背景技术

聚苯硫醚树脂(以下有时略记为PPS)发挥其优异的耐热性、耐化学药品性等特征，最初在工程塑料或耐热性薄膜等中被实用。PPS树脂特别是由于耐热性、耐化学药品性、刚性、阻燃性优异，而且具有良好的成型加工性、尺寸稳定性，因此广泛作为注射成型用工程塑料、电气电子仪器部件、汽车部件或精密仪器部件使用。

然而，使用了PPS树脂的材料也被指出有数个缺点。作为被指出的缺点，可列举出例如在未使用加强材料的PPS树脂组合物中，由于强度不足、使用范围受限；使用加强材料时平面性降低，因此需要使用润滑剂，但一旦润滑剂的效果被阻断，则发生性能降低等问题。因此，需要用平面性、滑动性优异且提高了机械特性的PPS树脂材料来提供部件。

一般来说，为了赋予滑动性，已知在用玻璃纤维加强的聚苯硫醚树脂组合物中使用石墨、二硫化钼等润滑剂(参照专利文献1)。但是，在流体中进行使用时，具有存在于表面的润滑剂脱落、润滑效果降低的问题。

另外，已知利用配合有石墨或滑石的聚苯硫醚树脂组合物而提高润滑效果的方法(参照专利文献2)。但是，可知使用了石墨或滑石等片状填充物的组合物具有摩耗量大、制品易于磨损、无法维持其性能或者脱落的粉末发生堵塞等问题。

而且，作为平面性和滑动性、进而机械特性优异的PPS树脂组合物，公开了PPS树脂、非结晶性树脂、氟树脂、配合了纤维状加强材料和碳酸钙的PPS树脂组合物(专利文献3)。

对专利文献3所记载的PPS树脂组合物进行成型而成的成型物的滑动性、机械特性优异，被认为在滑动部件中有用，但不能说充分地抑制了滑动时的树脂磨耗量，滑动特性还有待于进一步改善。

特别是，已知当使表面压力或滑移线速度处于很高的条件时，在某个时间点磨耗量会急剧上升，需要在更加苛刻的滑动条件之下仍能抑制PPS滑动构件的磨耗量急剧上升的技术。

专利文献1：日本特开2001-132757号公报

专利文献2：日本特开2003-14141号公报

专利文献3：日本特开2006-273999号公报

发明内容

发明要解决的问题

如上所述，一直以来通过改良材料来进行用于提高PPS树脂组合物的滑动特性等的研究。但是，并未发现能够充分地抑制滑动时的树脂磨耗量的技术。

本发明是为了解决上述课题而完成的，其目的在于提供用于能够充分地抑制滑动时的树脂磨耗量、且在更为苛刻的滑动条件之下仍能抑制PPS滑动构件的磨耗量急剧上升的技术。

用于解决问题的方案

本发明人等为了解决上述课题进行了深入研究。结果发现PPS滑动构件的急激磨耗量上升发生在滑动面温度为PPS树脂的玻璃化转变点附近，而且发现通过在与对象构件相对地滑动的PPS滑动构件的滑动面上根据规定的滑动条件形成利用滑动面的表面改性所形成的覆膜，从而滑动面的耐热性提高、耐磨耗性也提高，进而完成本发明。更具体地说，本发明提供以下内容。

(1)一种提高PPS滑动构件的耐磨耗性的方法，所述聚苯硫醚滑动构件是对经过纤维强化的聚苯硫醚树脂进行成型而成的，在与对象构件相对地滑动的上述PPS滑动构件的滑动面上根据规定的滑动条件形成利用上述滑动面的表面改性所形成的覆膜，通过该覆膜，提高滑动面温度为上述PPS树脂的玻璃化转变点(Tg)以上时的所述聚苯硫醚滑动构件的耐磨耗性。

(2)根据上述(1)所述的提高PPS滑动构件的耐磨耗性的方法，上述PPS树脂以具有70摩尔％以上对苯硫醚基的实质上为直链状的聚苯硫醚树脂为主体。

(3)根据上述(1)或(2)所述的提高PPS滑动构件的耐磨耗性的方法，上述规定的滑动条件为在上述滑动时阶段地或连续地提高施加于上述滑动面的表面压力的滑动条件。

(4)根据上述(1)～(3)任一项所述的提高PPS滑动构件的耐磨耗性的方法，上述覆膜为满足下述(A)条件的覆膜。

(A)以1m/s～3m/s范围的规定滑移线速度，在上述滑动时通过在阶段地或连续地提高施加于上述滑动面的表面压力的滑动条件下的滑动，以3个以上不同的滑移线速度进行临界表面压力测定，其中将上述覆膜发生熔融的表面压力作为临界表面压力而进行测定，此时，以滑移线速度为横轴、以临界表面压力和滑移线速度之积为纵轴表示的曲线具有正斜率。

(5)根据上述(1)～(4)任一项所述的提高PPS滑动构件的耐磨耗性的方法，上述对象构件为金属。

发明的效果

本发明通过在与对象构件相对地滑动的PPS滑动构件的滑动面上根据规定的滑动条件形成利用滑动面的表面改性所形成的覆膜，从而滑动面的耐热性提高、耐磨耗性也提高。

已知当使表面压力或滑移线速度为很高的条件时，在某个时间点磨耗量会急剧地上升，根据本发明，由于上述覆膜的效果而耐热性等有所提高，因而在更为苛刻的条件下仍能抑制上述磨耗量的急剧上升。

附图说明

图1为表示滑动磨耗评价方法的图。

图2为表示示出实施例2的比磨耗量与表面压力×滑移线速度的关系的回归曲线的图。

图3为表示示出比较例2的比磨耗量与表面压力×滑移线速度的关系的回归曲线的图。

图4为表示在测定滑动面温度的同时评价滑动磨耗的试验方法的图。

图5为表示示出实施例3的滑动面温度与摩擦系数×表面压力×滑移线速度的关系的回归直线的图。

图6为表示示出实施例3的比磨耗量与摩擦系数×表面压力×滑移线速度的关系的回归曲线的图。

图7为表示示出比较例3的滑动面温度与摩擦系数×表面压力×滑移线速度的关系的回归直线的图。

图8为表示示出比较例3的比磨耗量与摩擦系数×表面压力×滑移线速度的关系的回归曲线的图。

图9为表示示出实施例4的比磨耗量与摩擦系数×表面压力×滑移线速度的关系的回归曲线的图。

图10为表示示出实施例5及比较例4的临界PV值与滑移线速度的关系的回归曲线的图。

图11为表示示出实施例6的临界PV值与滑移线速度的关系的回归曲线的图。

图12为表示实施例7、8的比磨耗量与滑动时间的关系的图。

具体实施方式

以下详细地说明本发明的一个实施方式，但本发明并非限定于以下实施方式，在本发明的目的范围内，可以适当加以变更进行实施。

本发明为对经过纤维强化的聚苯硫醚(PPS)树脂进行成型而成的PP S滑动构件的耐磨耗性提高方法。在与对象构件相对地滑动的PP S滑动构件的滑动面上根据规定的滑动条件形成利用滑动面的表面改性所形成的覆膜，利用该覆膜可以提高PPS滑动构件的耐磨耗性。

<PPS滑动构件>

本发明的提高耐摩耗性的方法所使用的PPS滑动构件是对含有纤维系填充剂的PPS树脂进行成型而成的。

[PPS树脂]

本发明中使用的PPS树脂的种类、分子量、熔融粘度等并无特别限定。另外，本发明中使用的PPS树脂可以使用直链型、交联型、半交联型等利用聚合方法而获得的树脂。但是，为了提高本发明的效果，优选使用以下的PPS树脂。

本发明的提高耐摩耗性的方法的特征在于，在与对象构件相对地滑动的PPS滑动构件的滑动面上通过规定的滑动条件形成利用滑动面的表面改性所形成的覆膜，为了形成上述覆膜，特别优选直链型PPS树脂。这是由于，直链型PPS树脂通过发生交联，可以容易地形成优异的覆膜。

在直链型PPS树脂中，特别优选以具有70摩尔％以上对苯硫醚基的实质上为直链状的聚苯硫醚树脂为主体。

[纤维系填充剂]

作为纤维系填充剂可以举出玻璃纤维、石棉纤维、二氧化硅纤维、二氧化硅·氧化铝纤维、氧化铝纤维、氧化锆纤维、氮化硼纤维、氮化硅纤维、硼纤维、钛酸钾纤维、硅灰石等硅酸盐的纤维、硫酸镁纤维、硼酸铝纤维，进而不锈钢、铝、钛、铜、黄铜等金属的纤维状物等无机质纤维状物质。特别代表性的纤维系填充剂为玻璃纤维。予以说明，还可以使用熔点高于PPS树脂的有机质纤维状物质。这些纤维系填充剂可以使用1种或者并用2种以上。另外，在使用这些纤维系填充剂时如果有必要可以使用集束剂或表面处理剂。PPS滑动构件所含的纤维系填充剂的含量并无特别限定，可以根据用途在通常配合的范围。

[PPS滑动构件的成型]

将含有上述纤维系填充剂的PPS树脂成型为所需形状，制作PPS滑动构件。成型方法并无特别限定，可以举出压缩成型、传递模塑成型、注射成型、挤出成型、吹塑成型等各种成型方法。

<对象构件>

作为与上述PPS滑动构件相对地滑动的对象构件并无特别限定，可以使用各种材料作为对象构件。例如，可以举出与上述PPS滑动构件同样地对含有纤维系填充剂的PPS树脂组合物进行成型而成的PPS滑动构件、金属等。

作为使在与对象构件相对地滑动的PPS滑动构件的滑动面上根据规定的滑动条件利用滑动面的表面改性所形成的覆膜成为耐热性非常高、且耐磨耗性也非常高的覆膜的对象构件，例如可以举出碳钢、不锈钢等金属。

<滑动条件>

本发明的特征在于根据规定的滑动条件进行滑动。规定的滑动条件是指能够形成后述覆膜的滑动条件。

作为形成覆膜的条件，优选在滑动时阶段地或连续地提高施加于滑动面的表面压力的滑动条件。这是由于在阶段地或连续地提高施加于滑动面的表面压力的滑动条件与使得施加于滑动面的表面压力从最初即为很高值的条件下，滑动面所受到的热过程不同，在前者的滑动条件下所形成的覆膜的耐热性等耐磨耗性更高。

“阶段地或连续地提高施加于滑动面的表面压力”是指以规定的滑移线速度缓慢提高施加于滑动面的表面压力的条件。表面压力的提高程度并无特别限定，但重要的是在不会过度提高表面压力的条件下在滑动面上形成提高耐热性等耐磨耗特性的覆膜。

滑移线速度的优选范围随滑动对象构件的种类等不同，但更优选以1m/s～3m/s范围的规定滑移线速度，在滑动时阶段地或连续地提高施加于滑动面的表面压力的滑动条件。其原因在于，通过组合上述滑移线速度和缓慢提高施加于滑动面的表面压力的条件，能够有效地形成提高耐热性等耐磨耗特性的覆膜。滑移线速度用每单位时间的滑动距离表示。

在滑动时，优选通过在阶段地或连续地提高施加于滑动面的表面压力的滑动条件下的滑动，以3个以上不同的滑移线速度进行临界表面压力测定，其中将覆膜发生熔融的表面压力作为临界表面压力而进行测定，此时，以滑移线速度为横轴、以临界表面压力和滑移线速度之积为纵轴表示的曲线具有正斜率。上述曲线的斜率为正是指尽管滑移线速度增高、易于磨耗，但能承受得住很高的表面压力，在滑动面上形成了非常优异的覆膜。

通常，当滑动面温度为玻璃化转变点(Tg)附近时，PPS滑动构件的磨耗量急剧上升，但使用本发明的提高PPS滑动构件的耐磨耗性的方法时，能够抑制滑动面的温度在Tg附近时的急剧的磨耗量上升。

滑动面温度的测定可以如下测定：以施加于滑动面的表面压力(P)、滑移线速度(V)和滑动面的摩擦系数(μ)之积(μPV)为纵轴，使横轴为温度，将数个在规定μPV下的滑动面温度的实测值画图、制作回归直线，由该回归直线求得滑动面温度。

<覆膜>

覆膜是指在与对象构件相对地滑动的PPS滑动构件的滑动面上根据规定的滑动条件利用滑动面的表面改性而形成的覆膜。通过形成该覆膜，具有PPS滑动构件的耐磨耗性提高、耐热性提高的效果。

所形成的覆膜是如上所述利用滑动面的表面改性而仅形成于表面上的。上述覆膜的形成推测是由于PPS滑动构件所含的玻璃纤维等纤维系填充剂的影响，其微小突起部的闪光温度(flash temperature)所导致的。由于认为是这样通过滑动面的微小区域的瞬间温度上升而形成覆膜，因此与滑动面的整体的温度无关地形成覆膜。

若根据规定的滑动条件利用滑动面的表面改性而形成覆膜，则可以说仅形成于表面上。作为在滑动以外的条件下形成覆膜的方法，可以举出对PPS滑动构件表面施加热负荷处理的方法，但通过这种方法负荷甚至施加至PPS滑动构件的内部，无法获得本发明的效果。

“滑动面的表面改性”只要是耐热性等提高的表面改性则无特别限定，优选利用直链状PPS树脂发生交联所进行的改性。其原因在于耐热性、耐磨耗性极其提高。

本发明的耐磨耗性提高方法中，通过在滑动面上形成覆膜而耐热性提高是由于覆膜的耐热性高于含有纤维系填充剂的PPS树脂。覆膜的耐热性比上述PPS树脂高出何种程度并无特别限定，通过形成覆膜，滑动面的耐热性充分提高，可以充分地抑制滑动时的树脂的磨耗量，在更为苛刻的滑动条件下仍能抑制PPS滑动构件的磨耗量的急剧上升。

<提高PPS滑动构件的耐磨耗性的方法>

本发明的提高耐磨耗性的滑动方法并无特别限定，可以举出将PPS滑动构件的滑动面与对象构件的滑动面相对，仅旋转其中一个的方法或者旋转双方的方法，由于易于设定条件，因此优选仅旋转其中一个的方法。表面压力的施加也有由PPS滑动构件或对象构件的其中一个施加压力的方法或者从两侧施加压力的方法。

同时进行滑动面温度的测定时，例如可以在PPS滑动构件或对象构件上设置切口，使PPS滑动构件的滑动面的一部分露出，从而使用红外线辐射热温度计等测定滑动面的温度。

滑动时的条件如上所述，滑动面的接触面积、滑动时的环境温度、滑动时间等并无特别限定。通过在上述覆膜形成于滑动面上的滑动条件下使用滑动部件，从而可以获得耐热性提高等较高的效果。

实施例

以下举出实施例更加详细地说明本发明，但本发明并不受这些实施例限定。

<材料>

含有40％玻璃纤维的直链状PPS树脂1：FORTRON 1140A6(宝理塑料株式会社制)

直链状PPS树脂2：FORTRON 0220A9(宝理塑料株式会社制)

聚缩醛树脂：DURACON M90-44(宝理塑料株式会社制)

<实施例1>

[覆膜的形成]

对由PPS树脂1组成的树脂组合物进行成型。所得PPS滑动构件的滑动面为内径20mm、外径25.6mm、高度15mm。

(成型条件)

料筒前端温度：320℃

模具温度：150℃

注射速度：17mm/s

保压：83MPa

冷却时间：15s

对象构件使用与上述PPS滑动构件相同的材料。滑动如图1所示，按照使PPS滑动构件彼此相对的方式，从PPS滑动构件向滑动面施加垂直方向(图中的白色箭头方向)的表面压力，固定PPS滑动构件，旋转对象构件，从而进行滑动。更详细的滑动条件如下所述。

(滑动条件)

表面压力(P)：0.2MPa

滑移线速度：10cm/s

接触面积：2.0cm²

环境温度：23℃

运行时间：24小时

在实施例1的滑动面上形成了黑色的覆膜。通过差示扫描热量测定(DSC)来测定黑色覆膜及PPS树脂1的熔点、结晶化温度、潜热。确认到黑色覆膜部中含有至350℃也不会熔化的黑色物质。

<比较例1>

除了将PPS树脂1改变为PPS树脂2之外，利用与实施例1相同的方法进行滑动。滑动面上未确认到覆膜。

<实施例2>

使用与实施例1相同的PPS滑动构件及对象构件，使表面压力为0.05MPa、0.50MPa，其它滑动条件为下述条件而进行滑动，制作图2所示的使纵轴为比磨耗量、横轴为表面压力×滑移线速度、表示比磨耗量与表面压力×滑移线速度的关系的回归曲线。比磨耗量为JIS K7218所记载的单位负载的磨耗量。

[滑动条件]

滑移线速度：适当设定对应于图中的点的滑移线速度

接触面积：2.0cm²

环境温度：23℃

运行时间：24小时

<比较例2>

使用与比较例1同样的PPS滑动构件及对象构件，在与实施例2相同的滑动条件下进行滑动，制作图3所示的使纵轴为比磨耗量、横轴为表面压力×滑移线速度、表示比磨耗量与表面压力×滑移线速度的关系的回归曲线。

由实施例2和比较例2的结果可知，在滑动面上形成了覆膜的实施例2在更高的PV值下仍能抑制比磨耗量的急剧上升。特别是在表面压力低的条件下，效果增高。

<实施例3>

使用带有纵6mm、横6mm的切口的PPS滑动构件，将对象构件改变为碳的添加量为0.45质量％的碳钢(S45C)，使表面压力为0.1MPa、1.0MPa、5.0MPa，其他的滑动条件为下述条件而进行滑动，进而利用图4所示的方法测定滑动面的温度，除此之外利用与实施例1相同的方法进行滑动。首先制作图5所示的表示滑动面温度与摩擦系数×表面压力×滑移线速度的关系的回归直线，接着制作图6所示的使纵轴为比磨耗量、横轴为摩擦系数×表面压力×滑移线速度、表示比磨耗量与摩擦系数×表面压力×滑移线速度的关系的回归曲线。图6的横轴记载了由图5获得的部分滑动面温度。另外，观察滑动后的PPS滑动构件及对象构件的滑动面，观察到黑色的覆膜。

[滑动条件]

滑移线速度：适当设定对应于图中的点的滑移线速度

接触面积：2.0cm²

环境温度：23℃

运行时间：24小时

<比较例3>

除了使用PPS树脂2作为树脂材料之外，利用与实施例3相同的方法，首先制作图7所示的表示滑动面温度与摩擦系数×表面压力×滑移线速度的关系的回归直线，接着制作图8所示的使纵轴为比磨耗量、横轴为摩擦系数×表面压力×滑移线速度、表示比磨耗量与摩擦系数×表面压力×滑移线速度的关系的回归曲线。图8的横轴记载了由图7获得的部分滑动面温度。另外，观察滑动后的PPS滑动构件及对象构件的滑动面，未观察到覆膜。

由图6、图8可知，在滑动面上形成有覆膜的实施例3中，在更高的滑动面温度下也能抑制比磨耗量的急剧上升。另外，通过在滑动面上形成黑色覆膜，可以确认到耐热性提高。

由实施例2、3和比较例2、3的结果可知，对于形成于滑动面的覆膜的效果而言，确认到与对象构件为由树脂构成的PPS滑动构件的情况相比，对象构件为金属的情况下效果更高。

<实施例4>

除了将对象构件改变为SUS304、表面压力为1.0MPa而进行之外，与实施例3同样地进行滑动，制作图9所示的使纵轴为比磨耗量、横轴为摩擦系数×表面压力×滑移线速度、表示比磨耗量与摩擦系数×表面压力×滑移线速度的关系的回归曲线。另外，为了参考，将实施例3中测定的表面压力1MPa下的结果也示于图9中。

由图9可确认到，对象构件为不锈钢时，比磨耗量降低，滑动特性提高。

<实施例5>

将对象构件变为S45C，将滑移线速度固定为0.3m/s、2.0m/s、4.0m/s，在各个滑移线速度下以10分钟间隔阶段地将表面压力从0.1MPa开始提高，其它条件与实施例3同样，进行滑动，测定关系到磨耗量的急剧上升的滑动面发生熔融的表面压力。纵轴为临界PV值(MPa·cm/s)、横轴为滑移线速度(m/s)，将测定结果示于图10。

<比较例4>

将PPS树脂1改变为聚缩醛树脂，使固定的滑移线速度为0.2m/s、0.3m/s、0.4m/s、1.0m/s、2.0m/s、3.0m/s、4.0m/s，以各个滑移线速度在与实施例5相同的条件下进行滑动。纵轴为临界PV值(MPa·cm/s)、横轴为滑移线速度(m/s)，将测定结果示于图10。

通常如比较例4所示，在滑移线速度很快的条件下，即便是很低的表面压力，滑动面也会熔融，导致磨耗量急剧上升。但是，在实施例5中，通过在滑动面上形成覆膜，即便滑移线速度很高，也可承受很高的表面压力。因此，形成有覆膜的PPS滑动构件与通常的情况不同，显示出很高的临界PV值，从而确认到大大提高了耐磨耗性。

<实施例6>

除了将提高表面压力的条件改变为在滑动开始时施加设定PV值下的表面压力值的条件之外，在与实施例5相同的条件下进行滑动，获得临界PV值，使纵轴为临界PV值(MPa·cm/s)、横轴为滑移线速度(m/s)，将测定结果示于图11。一并将实施例5的结果也示于图11。

由图11可确认到，相比较于突然施加高表面压力进行滑动，缓慢提高表面压力时的耐磨耗性更为提高。

<实施例7>

除了将表面压力固定为0.2MPa、滑移线速度固定为30cm/s之外，在与实施例1相同的滑动条件下进行滑动，将比磨耗量与滑动时间的关系示于图12。

<实施例8>

在滑动前对PPS滑动构件的滑动面在200℃×250小时的条件下实施热负荷处理，事前在滑动面上形成黑色覆膜，除此之外，在与实施例7相同的条件下进行滑动，将比磨耗量与滑动时间的关系示于图12。

由图12可知，预先对滑动面实施热负荷处理、形成黑色覆膜时，磨耗量增加、滑动特性降低。推测通过对滑动面施加热，负荷甚至施加至PPS滑动构件的内部，滑动特性降低。

Claims (5)

1.一种提高聚苯硫醚滑动构件的耐磨耗性的方法，所述聚苯硫醚滑动构件是对经过纤维强化的聚苯硫醚树脂进行成型而成的，

在与对象构件相对地滑动的上述聚苯硫醚滑动构件的滑动面上，根据规定的滑动条件形成利用上述滑动面的表面改性所形成的覆膜，通过该覆膜，提高滑动面温度为上述聚苯硫醚树脂的玻璃化转变点Tg以上时的所述聚苯硫醚滑动构件的耐磨耗性。

2.根据权利要求1所述的提高聚苯硫醚滑动构件的耐磨耗性的方法，其中上述聚苯硫醚树脂以具有70摩尔％以上对苯硫醚基的实质上为直链状的聚苯硫醚树脂为主体。

3.根据权利要求1或2所述的提高聚苯硫醚滑动构件的耐磨耗性的方法，其中上述规定的滑动条件为在上述滑动时阶段地或连续地提高施加于上述滑动面的表面压力的滑动条件。

4.根据权利要求3所述的提高聚苯硫醚滑动构件的耐磨耗性的方法，其中上述覆膜为满足下述(A)条件的覆膜，

(A)以1m/s～3m/s范围的规定滑移线速度，在上述滑动时通过在阶段地或连续地提高施加于上述滑动面的表面压力的滑动条件下的滑动，以3个以上不同的滑移线速度进行临界表面压力测定，其中将上述覆膜发生熔融的表面压力作为临界表面压力而进行测定，此时，以滑移线速度为横轴、以临界表面压力和滑移线速度之积为纵轴表示的曲线具有正斜率。

5.根据权利要求1所述的提高聚苯硫醚滑动构件的耐磨耗性的方法，其中上述对象构件为金属。

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