CN101903187A - 一种包含可热固化的单组分热固性材料的钢丝帘线 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种包含一条或多条股线(504，602)的钢丝帘线(500，600)，所述股线包含至少两条纤丝，其中在所述一条或多条股线的至少一者的至少两条纤丝之间的空隙空间至少部分填充有包含热固性材料(506，606)的组合物，其特征在于热固性材料(506，606)是可热固化的单组分热固性材料。此外，本发明涉及一种钢丝帘线(100，200，300)，其包含至少两条股线(102，104，202，204，302，304)，所述股线包含至少两条纤丝，其中至少两条股线之间的空隙空间(105，205，305)至少部分填充有热固性材料(106，206，306)的组合物，其特征在于热固性材料(106，206，306)是可热固化的单组分热固性材料。

Description

一种包含可热固化的单组分热固性材料的钢丝帘线
技术领域
本发明涉及填充弹性体的钢丝帘线(cord)领域，更特别涉及用于动态应用例如传动系统(车门内的车窗升降机、滑动门、车库开门器、升降机等)的钢丝帘线的领域，以及用于增强弹性体产品如轮胎、同步带(timing belt)、升降机带软管、传送带及类似产品的钢丝帘线。
背景技术
钢丝帘线(下文将使用“丝帘线”作为“丝绳(rope)”或“缆绳(cable)”的同义词)，例如用在通常在张力下工作并且在载荷下受到弯曲的同步带、升降机带等。对于这样的缆绳的特别重要的特性要求是强度、优异的疲劳性能、均匀的永久延伸率和改善的粘结力。
这样的钢丝帘线有时在内部具有弹性体填充物，因为在所属技术领域众所周知的是，填充弹性体的钢丝帘线具有优于那些相同尺寸的裸(bare)钢丝帘线的性能。这些改善的性能来自于芯部股线和外部股线的分离以及外部股线因弹性体填充物彼此分离。合适的热塑性材料包括聚丙烯、聚氨酯、聚乙烯、聚酰胺、聚四氟乙烯或聚氯乙烯。还使用弹性体例如丁基橡胶或丁腈橡胶。当钢丝帘线在使用时，弹性体填充物减少或消除芯部与股线以及股线与股线的接触和磨损。
在例如EP 0530445中记载了一种填充钢丝帘线的方法，其中将聚丁二烯挤出在钢丝帘线的纤丝或股线上并且固化。当成分的所需填充速率降低至小于5-10ml/min时，这样的方法是不适用的。例如，包含小于约0.30mm的纤丝的钢丝帘线不再能够通过这样的系统进行涂覆。此外，挤出是一种昂贵的工艺。
美国专利申请US 2002/0189227中描述了另一种方法，其中通过在并捻点上游一定距离使用喷射头将聚合物材料沉积在芯部和/或股线上方来制造缆绳，且其中，在喷射头中将预聚合体和聚合加速剂混合并立即沉积。但是，这种方法缺点是不受控的固化，因为在沉积时聚合物材料已经固化。
WO2007/020156描述了另一种填充钢丝帘线的方法，其中将钢丝帘线浸入包含聚合物的水性微乳剂中，然后加热。这种方法的缺点在于可能残留的水可以导致腐蚀。
发明概述
鉴于现有技术的缺点，本发明的第一个目的是提供具有高强度、优异的疲劳性、延伸率和粘结性能的钢丝帘线。
此外，本发明的目的是提供具有有利性能的钢丝帘线，其相对于没有弹性体填充的相应物具有较低的结构延伸率。
本发明的特别目的是提供具有在使用期间显示出较低张力松弛性能的钢丝帘线。
此外，本发明的目的是提供有效而且高效的制备填充弹性体的钢丝帘线的方法，其避免了现有技术中描述的昂贵的挤出工艺的复杂性。
本发明进一步的特别目的是提供制备填充弹性体的钢丝帘线的方法，其中可以随意延迟弹性体发生固化的时间点。因此，该方法允许对填充弹性体的钢丝帘线进行操作并且将其用作中间产品用于进一步组装成最终产品，其间使弹性体经受固化步骤。
此外，本发明的目的是提供仍可用于制备直径小于0.30mm的填充弹性体的钢丝帘线的方法。
在依据本发明的第一个实施方案中，提供了包含一条或多条股线的钢丝帘线，所述股线包含至少两条纤丝，其中在所述一条或多条股线的至少一者的至少两条纤丝之间的空隙空间至少部分填充有包含热固性材料的组合物，其特征在于热固性材料是可热固化的单组分热固性材料。
在依据本发明的第二个实施方案中，提供了包含至少两条股线的钢丝帘线，所述股线包含至少两条纤丝，其中在至少两条股线之间的空隙空间至少部分填充有包含热固性材料的组合物，其特征在于热固性材料是可热固化的单组分热固性材料。
在依据本发明的实施方案中，可热固化的单组分热固性材料可以包含聚氨酯。
在优选实施方案中，可热固化的单组分热固性材料可以包含封闭异氰酸酯。
在另一实施方案中，可热固化的单组分热固性材料可以包含聚氨酯和封闭异氰酸酯。
在依据本发明的实施方案中，钢丝帘线可以包含至少两条股线，其中股线间和/或股线内的空隙空间可至少部分填充有包含可热固化的单组分热固性材料的组合物。
在依据本发明的另一实施方案中，提供了一种钢丝帘线，其中股线内的空隙空间可以按至少80％填充有包含可热固化的单组分热固性材料的组合物。
在依据本发明的另一实施方案中，提供了一种钢丝帘线，其中股线间的空隙空间可以按至少80％部分填充有包含可热固化的单组分热固性材料的组合物。
在依据本发明的优选实施方案中，提供了一种钢丝帘线，其中股线内的空隙空间和股线间的空隙空间都可以按至少80％填充有包含可热固化的单组分热固性材料的组合物。
在依据本发明的另外实施方案中，可用粘结促进剂对纤丝或股线涂底漆(prime)。
在依据本发明又一另外实施方案中，提供了一种钢丝帘线，其中使可热固化的单组分热固性材料固化。
在依据本发明的特定实施方案中，钢丝帘线可以包含直径小于约0.3mm、小于约0.2mm或小于约0.15mm的纤丝。
依据本发明的钢丝帘线可用于升降机带、同步带或轮胎增强用途。
在依据本发明的另一实施方案中，提供了一种制备钢丝帘线的方法，其包括以下步骤：
-提供至少一个钢部件，所述钢部件为纤丝或股线，
-向至少一个所述钢部件涂覆聚合物，
-将所述至少一个钢部件组装成钢丝帘线，
其特征在于聚合物为可热固化的单组分热固性材料。
在依据本发明的优选实施方案中，涂覆步骤可包括将至少一个钢部件浸入聚合物浴液中，通过精整模从至少一个钢部件剥去多余的聚合物，并且冷却聚合物，从而控制涂覆层厚度。
在依据本发明的另外实施方案中，提供了一种方法，该方法还包括使可热固化的单组分热固性材料固化的步骤。
该方法还可以包括用粘结促进剂对纤丝或股线涂底漆的步骤。
附图简要说明
图1显示了依据本发明的钢丝帘线的一个实施方案。
图2显示了依据本发明的钢丝帘线的一个实施方案。
图3显示了依据本发明的钢丝帘线的一个实施方案。
图4显示了未填充的钢丝帘线的一个实施方案。
图5显示了依据本发明的钢丝帘线的一个实施方案。
图6显示了依据本发明的钢丝帘线的一个实施方案。
图7显示了依据本发明的钢丝帘线的一个优选实施方案。
图8显示了依据本发明的钢丝帘线的另一优选实施方案。
图9显示了依据本发明的钢丝帘线的一个实施方案。
图10显示了图解本发明的应力应变曲线。
发明详述
本领域技术人员应理解，下面描述的实施方案对本发明仅是说明性的而不限制本发明的目的范围。还可以考虑其它的实施方案。
在依据本发明的第一实施方案中，提供了包含一条或多条股线的钢丝帘线，所述股线包含至少两条纤丝，其中在所述一条或多条股线的至少一者的至少两条纤丝之间的空隙空间至少部分填充有包含热固性材料的组合物，其特征在于热固性材料是可热固化的单组分热固性材料。因此，通过可热固化的单组分热固性材料使所述一条或多条股线的至少一者的至少两条纤丝至少部分地彼此相连接。
在依据本发明的第二实施方案中，提供了包含至少两条股线的钢丝帘线，所述股线至少包含两条纤丝，其中在至少两条股线之间的空隙空间至少部分填充有包含热固性材料的组合物，其特征在于热固性材料是可热固化的单组分热固性材料。因此，通过可热固化的单组分热固性材料使至少一条股线的至少一条纤丝至少部分地连接至至少一条另外股线的至少一条纤丝。
本文所使用的可热固化的单组分热固性材料是在使用前将所有必要组分掺合在一起且可通过需要加热的交联法固化的材料。
通过使用这样的可热固化的单组分热固性材料，依据本发明的钢丝帘线显示了改良的粘结力、疲劳和延伸率性能。
与没有弹性体填充的对应物相比，该钢丝帘线特别具有其结构延伸率较低的有利性质。结构延伸率是在张力状态下通过围绕丝帘线的丝绳封闭股线的外部丝线和围绕丝帘线的丝绳封闭钢丝绳的外部股线而产生的。封闭行为(action)是对单个丝线之间的空间和股线之间的空间的填充。
作为另外的优势，钢丝帘线具有在使用期间显示出的较低张力松弛的性能：由于动态作用，在丝帘线中的纤丝再排列导致了张力的下降。当丝帘线在“固定长度”的构造中使用时，这样的张力下降在应用上是特别易产生问题的。例如，这样的构造出现在被张紧在齿轮之间的同步带中，且其在张紧之后保持在固定位置。由于张力松弛，皮带在使用过程中将松懈，从而需要对皮带再张紧，这导致正常运行时间的损失。
此外，通过使用这样的可热固化的单组分热固性材料，可以随意延迟弹性体发生固化的时间点。因而，可以对填充弹性体的钢丝帘线进行操作处理并用作中间产品用以进一步组装成最终产品，其间使可热固化的单组分热固性材料经受固化步骤。
在依据本发明的实施方案中，可热固化的单组分热固性材料可以包含聚氨酯。
在依据本发明的优选实施方案中，可热固化的单组分热固性材料可以包含封闭热固性材料。本文使用的封闭热固性材料是指包含官能团的可固化的热固性材料，至少足够量的所述官能团已经与封闭剂反应，从而阻止这些官能团在室温下与常规地与这样的官能团反应的化合物发生交联反应，并且其允许在更高的(固化)温度下发生反应。这样的封闭热固性材料可以包含封闭羧基、或优选封闭异氰酸酯。封闭异氰酸酯包含具有官能团的足量异氰酸酯，所述官能团已与封闭剂反应从而阻止官能团在室温下发生交联反应。经加热，发生解封闭并固化，从而形成聚氨酯(PUR)。包含封闭异氰酸酯的商购可热固化的单组分热固性材料的例子是可从Dow Chemical Company得到的MonothaneTM。
在另一实施方案中，可热固化的单组分热固性材料可以包含聚氨酯和封闭异氰酸酯。
可以对可热固化的单组分热固性材料和这种材料在钢丝帘线的钢部件之间的渗透度以及钢丝帘线的结构进行选择，使得在固化后钢丝帘线以最佳方式满足所需的性质。
钢丝帘线的基本结构单元是钢纤丝。纤丝通常具有圆形横截面，这是其优选的形状，然而纤丝可以被平化(flatten)或者具有一般的椭圆形截面。
股线是彼此围绕绞合的纤丝组装体。可以在单一步骤中进行绞合，或者可以在连续的步骤中进行，其中纤丝还围绕已有的股线或芯部纤丝进行绞合。
彼此围绕绞合的股线被称之为丝绳。在本申请中，钢丝帘线可以指定为钢股线及钢丝绳。因此，钢丝帘线包含至少一条或多条钢纤丝的股线。
股线内的空隙空间是在钢丝帘线的股线的钢纤丝之间的空隙空间。股线间的空隙空间是在一个钢丝帘线的股线之间的空隙空间。
钢丝帘线可以具有芯部，其是位于钢丝帘线中心的纤丝或股线，且其不会螺旋状变形。围绕这样的芯部，提供了至少一个附加层的钢部件。附加层的钢部件可以是钢纤丝或钢股线，所述钢纤丝或钢股线又包含钢纤丝。如果不存在芯部，则钢部件围绕芯部中间的假想轴线绞合。
由于钢丝帘线的构造，在丝帘线的股线或钢纤丝之间存在空隙空间。在本发明的上下文中，将空隙空间理解为在位于假想圆圈(该圆圈具有与丝帘线直径相当的直径)内的丝帘线的径向横截面的所有区域，所述区域未被钢占据。将股线内的空隙空间理解为一条丝帘线的钢纤丝之间的空隙空间。股线间的空隙空间是至少两条钢股线的外部钢部件之间的空隙空间。
在如图1、2和3中所示的本发明的实施方案中，钢丝帘线(100，200，300)可以包含至少两条股线(102，104，202，204，302，304)，其中股线间的空隙空间(105，205，305)和/或股线内的空隙空间(103，203，303)可以至少部分填充有包含可热固化的单组分热固性材料(106，206，306)的组合物。通过向股线内的空隙空间和/或股线间的空隙空间填充可热固化的单组分热固性材料，可吸收在任一纤丝或股线与另一纤丝或股线之间的相对位移，特别是在载荷下钢丝帘线或钢缆绳发生弯曲期间，因此减少了局部磨损和延伸率，并且增加了钢丝帘线或钢缆绳的疲劳性能和寿命。
在依据本发明的另外实施方案中，在钢丝帘线的一条或多条股线的至少一者中，用可热固化的单组分热固性材料使所有纤丝至少部分地彼此连接。图5图解了一个实施例，其显示了7×7的钢丝帘线(500)，其中仅有芯部股线(504)的股线内的空隙填充有可热固化的单组分热固性材料(506)。图6图解了另一实施例，其显示了7×7的钢丝帘线(600)，其中仅有环绕着芯部(602)股线的股线的股线内的空隙填充有可热固化的单组分热固性材料(506)。
在依据本发明的另外替代性实施方案中，在所有股线内，用可热固化的单组分热固性材料使在所述股线中的所有纤丝可至少部分地连接至另外的股线或纤丝。图9图解了本发明的一个实施例，其显示了7×7的钢丝帘线(900)，其中所有股线(902，904)的股线内的空隙填充有可热固化的单组分热固性材料(906)。
在依据本发明的另外替代性的实施方案中，用可热固化的单组分热固性材料使至少两个相邻股线的至少一条纤丝至少部分地彼此连接，用可热固化的单组分热固性材料使在两个相邻股线之一者中的所有纤丝任选地至少部分彼此连接。
在依据本发明的另外替代性的实施方案中，用可热固化的单组分热固性材料使所有相邻股线的至少一条纤丝至少部分地彼此连接，用可热固化的单组分热固性材料使所有相邻股线中的纤丝任选地至少部分彼此连接。图7和图8图解了一个实施例，其显示了7×7的钢丝帘线(700，800)，其中股线内的空隙和股线间的空隙都填充有可热固化的单组分热固性材料(706，708，808)。
在依据本发明的一个实施方案中，股线内的空隙空间可以按至少40％、至少60％、优选80％、或更优选90％填充有包含可热固化的单组分热固性材料的组合物。
在依据本发明的一个实施方案中，股线间的空隙空间可以按至少40％、至少60％、优选80％、或更优选90％填充有可热固化的单组分热固性材料。
在依据本发明的一个优选实施方案中，股线内的空隙空间和股线间的空隙空间可以按至少40％、至少60％、优选80％、或更优选90％都填充有包含可热固化的单组分热固性材料的组合物。
在依据本发明的另一实施方案中，提供了一种钢丝帘线，其中至少部分钢丝帘线的外表面可不含所述可热固化的单组分热固性材料。对于动态应用(例如升降机带)及在同步带中的用途，例如为了允许检测丝绳(在升降机带情形中)或为了允许在制造同步带时弹性体的进入，希望在外部钢丝帘线表面无可热固化的单组分热固性材料。
可用粘结促进剂对钢丝帘线的纤丝或股线涂底漆。这样的促进剂可以为选自有机官能团硅烷、有机官能团钛酸盐(酯)和有机官能团锆酸盐(酯)的底漆，用于上述目的的所述促进剂在本领域是已知的。
可以采用多种钢丝帘线构造。例如：
-没有芯部的多股线的钢丝帘线，例如m×n型的，即包含m条股线，每条股线有n条纤丝的钢丝帘线，例如4×7×0.10、3×7×0.18或3×3×0.18；最后的数字是以mm表示的纤丝直径；
-多股线的钢丝帘线，其具有由I条金属纤丝构成的芯部股线，以及围绕所述芯部股线的由m条金属纤丝构成的n条股线。通常将这些钢丝帘线称为I+n×m型丝帘线，例如7×7、19+9×7或19+8×7型丝帘线；
-密集(compact)钢丝帘线，例如1×n型，即包含n条钢纤丝的钢丝帘线，n大于8，在单一步骤中仅以一个方向绞合成密集的横截面，例如1×9×0.18；最后的数字是以mm表示的纤丝直径；
-瓦灵顿(Warrington)式钢丝帘线，其为密集丝帘线，其中纤丝具有不同的直径以便获得圆形外观而非密集丝帘线的多边形外部横截面。
-层状钢丝帘线，例如I+m(+n)型的，即具有由I条纤丝构成的芯部的钢丝帘线，其被m条纤丝的层环绕，还可能被n条纤丝的另一层围绕，例如(3+9+15)×0.175，最后的数字是以mm表示的纤丝直径。
钢组合物优选为普通碳钢组合物，即其通常包含0.40％的最小碳含量(例如至少0.60％或至少0.80％，而最多1.1％)，0.10％-0.90％的锰含量以及0.10％-0.90％的硅含量；各自优选保持低于0.03％硫和磷含量；可向所述组合物中添加附加的微合金化元素，例如铬(至多0.2％-0.4％)、硼、钴、镍、钒等；然而并不排除不锈钢组合物。
包含如上述实施方案中所描述的钢丝帘线的缆绳可以用于升降机带、同步带或轮胎增强应用中。
在依据本发明的另一实施方案中，提供了钢丝帘线的制造方法，该方法包含如下步骤：
-提供至少一个钢部件，所述钢部件为纤丝或股线，
-向至少一个所述钢部件涂覆聚合物，
-将所述至少一个部件组装成钢丝帘线，
其特征在于聚合物为可热固化的单组分热固性材料。通过向钢丝帘线涂覆包含可热固化的单组分热固性材料的组合物，本方法相对于现有技术所述的昂贵的挤出工艺是极其简单的。
在依据本发明的方法中，可热固化的单组分热固性材料可以包含聚氨酯。这样的聚氨酯可以是单组分聚氨酯，其通过在涂覆温度下于使用前以很低的几乎不足道的反应速度掺合双组分聚氨酯体系得到，使得可以通过加热随意进行固化的加速。
在依据本发明的方法中，聚合物可以包含可热固化的单组分封闭热固性材料，优选为封闭异氰酸酯。
在依据本发明的方法中，可热固化的单组分热固性材料可以包含聚氨酯和封闭异氰酸酯。
在本发明的优选实施方案中，涂覆步骤可以包含将至少一个钢部件浸入聚合物浴液中，通过精整模从至少一个钢部件剥去多余的聚合物，并且冷却聚合物，从而控制涂覆层厚度。通过控制涂覆层的厚度，可以控制钢丝帘线的股线内的空隙空间和/或股线间的空隙空间得到填充的程度，使得在将钢丝帘线组装后至少部分钢丝帘线的外表面保持不含所述可热固化的单组分热固性材料。在浸渍钢部件之前，对其进行预加热以改善对聚合物的润湿。
在一个实施方案中，该方法可以包含附加的涂覆和组装步骤。例如可涂覆一些股线，组装成钢丝帘线，并再次涂覆，产生如图8中所示的钢丝帘线。
在依据本发明的一个实施方案中，所述方法还可以包含使可热固化的单组分热固性材料固化的步骤。可以随意延迟可热固化的单组分热固性材料发生固化的时间点。因此，该方法允许对涂覆的钢丝帘线进行操作并将其用作中间产品，用以进一步组装成最终产品，其间使可热固化的单组分热固性材料经受固化步骤。可以通过施加感应、红外辐射或常规加热来进行固化。
此外，当使用可热固化的单组分热固性材料时，所述方法仍可以用于直径小于0.30mm的细钢丝帘线上。
依据本发明的方法还可包含用粘结促进剂对纤丝或股线涂底漆的步骤。这样的促进剂可以为选自有机官能团硅烷、有机官能团钛酸酯和有机官能团锆酸酯的底漆，用于上述目的的所述促进剂在本领域是已知的。
可以在钢芯部或钢缆绳生产的生产线中进行用包含可热固化的单组分热固性材料的组合物涂覆钢丝帘线和使可热固化的单组分热固性材料固化的步骤。
实施例
在施加之前，对芯部股线进行预加热以允许股线与MonothaneTM良好润湿。将MonothaneTM在70℃下进行恒温加热，使得其粘度下降。使股线穿过用两个模具密封的浴液。最后的模具决定了施加的MonothaneTM的量。在进入组装步骤之前，将MonothaneTM冷却至25℃，从而提高了其粘度以形成固体糊。在组装后，将钢芯部加热到约135℃，经所述加热，MonothaneTM中的异氰酸酯得到解封闭，并且能够发生交联从而形成最终的聚氨酯弹性体。
在纤丝之间的即使少量的聚氨酯也阻止纤丝发生偏移，导致了改善的应力应变比率和较低的结构延伸率，如图10中所示，其中将填充的钢丝帘线(1002)与未填充的钢丝帘线(1004)进行了对比。
此外，在67N的张力下，填充有仅少量的MonothaneTM的钢丝帘线与未填充的钢丝帘线相比，在张力松弛方面显示出了7％的改善。
另一替代性产品是可从Chemtura公司获得的
Figure BPA00001160897400111
TE 92。

Claims (17)

1.包含一条或多条股线的钢丝帘线，所述股线包含至少两条纤丝，其中在所述一条或多条股线的至少一者的至少两条纤丝之间的空隙空间至少部分填充有包含热固性材料的组合物，其特征在于热固性材料是可热固化的单组分热固性材料。
2.包含至少两条股线的钢丝帘线，所述股线包含至少两条纤丝，其中在至少两条股线之间的空隙空间至少部分填充有包含热固性材料的组合物，其特征在于热固性材料是可热固化的单组分热固性材料。
3.如权利要求1-2所述的钢丝帘线，其中可热固化的单组分热固性材料包含聚氨酯。
4.如权利要求1-3所述的钢丝帘线，其中可热固化的单组分热固性材料包含封闭异氰酸酯。
5.如权利要求1-4所述的钢丝帘线，其包含至少两条股线，其中股线间的空隙空间和/或股线内的空隙空间至少部分填充有包含可热固化的单组分热固性材料的组合物。
6.如权利要求5所述的钢丝帘线，其中股线内的空隙空间至少按80％填充有包含可热固化的单组分热固性材料的组合物。
7.权利要求5-6所述的钢丝帘线，其中股线间的空隙空间至少按80％填充有包含可热固化的单组分热固性材料的组合物。
8.如上述任一权利要求所述的钢丝帘线，其中用粘结促进剂对纤丝或股线涂底漆。
9.如上述任一权利要求所述的钢丝帘线，其中使可热固化的单组分热固性材料固化。
10.如上述任一权利要求所述的钢丝帘线，包含直径小于约0.3mm、小于约0.2mm、或小于约0.15mm的纤丝。
11.如上述任一权利要求所述的钢丝帘线在升降机带、同步带或轮胎增强应用中的用途。
12.一种制造钢丝帘线的方法，其包含以下步骤：
-提供至少一个钢部件，所述钢部件为纤丝或股线，
-向至少一个所述钢部件涂覆聚合物，和
-将所述至少一个钢部件组装成钢丝帘线，
其特征在于所述聚合物为可热固化的单组分热固性材料。
13.如权利要求13所述的方法，其中可热固化的单组分热固性材料包含聚氨酯。
14.如权利要求12-13所述的方法，其中可热固化的单组分热固性材料包含封闭异氰酸酯。
15.如权利要求12-14所述的方法，其中涂覆步骤包含将至少一个钢部件浸入聚合物浴液中，通过精整模从至少一个钢部件剥去多余的聚合物，并且冷却聚合物，从而控制涂覆层厚度。
16.如权利要求12-15所述的方法，还包含使可热固化的单组分热固性材料固化的步骤。
17.如权利要求12-16所述的方法，还包含用粘结促进剂对纤丝或股线涂底漆的步骤。
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