CN1019438B - 胜电晕放电处理材料表面的设备 - Google Patents

Abstract

待处理的轨状材料通过一个配备有一个电介质(2)的载体电极(1)进行输送。在载体电极(1)的对面设有一个连接在壳体(5)下端的电极成型件(4)。壳体(5)又与一根支承管(6)相连，并由一块隔板(8)分成两个小室。电晕处理时产生的气体，如臭氧、氮气或类似气体通过电极成型件(4)里面的排气孔(15)从电极间隙中排出，其中的一部分又通过附加孔(16)重新返回电极间隙。除排出的气体部分返回外，向电极的间隙范围补充供给惰性气体或其他混合气体，可以改善处理过程。

Description

本发明涉及一种用电晕放电处理材料表面的设备。

人所共知，通过电晕放电进行加荷可以改善材料表面的附着力，也就是通过电晕放电，可以在非极性材料上形成一个粘附的表面。

电晕放电通过放电时在被处理材料表面上产生的臭氧生成氧化的附着中心，其强度和数目与所消耗的能量和放电频率有关系。

电晕放电时产生的臭氧腐蚀性很大。因此，电晕处理设备的操作人员必须严格防止臭氧的腐蚀。另外，在已知的这种设备中设置了抽气孔，排出电晕放电时所产生的气。

这一情况说明，排放臭氧会降低电晕处理的效率，特别是配备有大功率生产设备与之相应的巨大电晕处理装置的大型生产厂就更是如此。

迄今所使用的抽吸臭氧的方法的另一个缺点是，具有一定导电性的臭氧是一种不希望有的电离介质，它只能部分地供电晕点火用。同样，电晕处理时产生的有一定导电能力的氮气，排出后实际上只能当作废品，不能再供生产过程使用。

虽然在不同种类的美国专利US-A    3    484    363公开的电晕处理设备中设置了将排出的气体返回到作用缝隙中的排气孔，但是将该技术理论应用到本发明所属种类的设备上得到的处理结果只能是不令人满意的不符合所要求的质量要求的结果。

处理含溶剂的蒸发物凝集层是一个特别不利的使用实例，在这种工作范围内由于笼罩着爆炸危险，不得不采用昂贵的仪表和控制手段以便一方面不致于使能点燃的溶剂/混合气体由于臭气的抽吸而被吸到电晕电极上，而另一方面又不使有害于人体健康的臭氧逸到工作场所。

本发明的任务是改进这种设备，使其电晕处理效率大大提高。

按照本发明，该任务是解决将排出的气体返回到电晕电极（1）和大功率电晕电极构成的缝隙中。

通过对结构的改善，电晕处理效率大大提高，其中与附着值有关的电晕放电作用机理的研究出人意料地表明：除了对附着起作用的静电力外，氧化作用和臭氧的量具有很大的作用。

电晕处理时产生的其它导电气体的返回在接近电晕电极有效范围内也极有利于该电晕处理效率的提高。

特别是本发明避免了在处理轨状材料时不希望的至今仍然发现的背面处理效应，因为可以大大减少能量的输入（这也尤其是因为对可返回的气体的加热）能量输入的减少的最终结果是避免了背面处理效应。

此外，使气体返回排气孔的布置，使返回的气体均匀地分布，从而能按照质量要求对表面进行处理。

另外，可通过降低总的能耗提高效率。因为用于电晕放电的能量在一定程度上以“能量再循环”的方式再一次供给本系统，从而耗量较低，这是因为返回的气体使电离条件得到了改善，所以，在所谓的电极间隙中能保持较低的点火电压。总的来说，本发明的设备可以在有爆炸危险的处理过程中使用非常简单而又非常保险的设备构型。

由于箔轨背面也同样要以不希望的方式进行电晕处理，其背面处理效应至今仍然是一个问题，部分原因是会导致很大的废品率。

本发明的其他特点是从属权利要求的内容。

借助所附说明部件图，对本发明设备的结构作了形象的描述。

这些图是：

图1：轨状材料电晕处理设备示意图;

图2：轨状材料电晕处理设备的另一实施例;

图3：大功率电晕电极可固定在其中的壳体详图;

图4：大功率电晕电极详图;

图5：大功率电晕电极另一实例的俯视图;

图6：大功率电晕电极的另一实施例;

图7：图1和图2设备的支承管正视图;

图8：承接大功率电极的壳体的附视图;

图9：在具有爆炸危险的处理过程中进行电晕处理的设备的示意图;

图10：另一实施例的支承管正视图;

图11：本发明与图8相应的壳体另一实施例的俯视图;

图12：本发明设备另一种结构的示意图;

图13：设备局部范围的截面示意图;

图14和15：本发明大功率电晕电极作用范围示意图;

图16至19：不同的大功率电晕电极的截面示意图;

图20：本发明设备大功率电晕电极作用范围内的局部截面图;

图21：大功率电晕电极作用范围的局部正视图;

图22：本发明设备另一实例的示意图;

图1所示轨状材料电晕处理设备是一个载体电极（1），它是一个经过用介质（2）涂层的辊筒，由它带动轨状材料（3）运动。

载体电极（1）的对面是一个大功率电晕电极，它经过电极成型件（4）安装在壳体（5）上，后者通过连接法兰盘（7）固定在支承管（6）上。

壳体（5）通过一块插入的隔板8分成两个小室。在此要特别指出的是，也可以配备多块隔板（8），以便在壳体（5）内形成多个小室。

面向载体电极（1）的壳体（5）的端部，还装备有电极成型件（4），而这儿的载体电极端部则配备有保护绝缘体（9）和（10），二者复盖住电极成型件（4）的一侧。

电极成型件（4）通过一条穿过保护绝缘体（9）的导线（11）。而载体电极（1）通过另一根导线（12）与一个高压发电机（13）相连接。

如果启动高压发电机（13），通过置于材料（3）对面的电极 成型件（4）上的高压，便产生电晕放电（14），从而可能在材料（3）的表面上形成粘附的附着中心。

电极成型件（4）带有排气孔（15）。电晕放电时产生的气体，如臭氧、氮气或类似气体可通过这些排气孔经壳体内部小室中的一个被抽吸到支承管（6）。通过壳体（5）的第二个小室和电极成型件（4）里的其他排气孔（16）排出的一部分气体，可重新返回电极成型件（4）的工作范围内，以支持电晕处理。

箭头方向（A）表示产生的气体的排出;箭头方向（B）表示气体返回电极成型件（4）的工作区。

主要由电极成型件（4）、壳体（5）及支承管（6）三个基本件组成的单元，可绕支承管（6）的纵轴（17）转动。

图2示出一台连续电晕处理轨状材料（3）的完整设备。

与壳体（5）及电极成型件（4）相接的可转动支承管（6），也与载体电极（1）一样，装置在局部固定的侧边部件（18）和（19）中。

在电极成型件（4）的作用范围内产生的气体可借助鼓风机（20）排出。鼓风机（20）通过过滤器（21）（最好是静电过滤器）输送这些气体。净化的气体通过过滤器（21）后，可重新返回支承管（6）或通过排气管（22）排出。这时，气体便在催化剂里进行转化，例如有腐蚀性的三价臭氧便转化成正常的二价氧。

正如图2所清楚地示出的那样，通过一根附加的抽吸管（24），也可将新鲜空气、氧气、惰性气体或混合气体送入整个设备。附加的抽吸管（24）与鼓风机（20）的抽气侧相连。

通支承管（6）的连接管道（25），可不受前面所述鼓风环路的影响，将气体状介质送入电极成型件（4）。

基本上安装在支承管（6）中心位置的闸板（26），可以有选择地或是同时送入或是同时排出气体状介质。

在通风环路中安装了各种节气阀（27），它们可用来调节气体循环。

借助一台过程计算机（28）或相应的控制装置，可以收集所有生产过程所必需的数据，并使电晕处理调整成最佳状态。

图3为壳体（5）的上部图。其中的导槽（29）用于插入隔板（8），以使气流在壳体（5）内完全分开。

图4再次示出电极成型件（4）。由图清楚地看出，该电极成型件（4）也有一个插放隔板的导槽（30）。

电极成型件（4）有一个与辊筒形载体电极（1）相应的曲率。

在纵向上，电极成型件（4）配备有多个隔片（31）。在隔片间隙中同样也有前面提到过的排气孔（15），它们和前面已提到过的排气孔（16）一样，用于气体回流。

从电极成型件（4）的纵向上看，无论是排气孔（15）还是（16），都是相互错开排列的。这样排列的优点是，尤其可以防止待处理材料（3）上出现条状附着。

就是放电隔片（31）也可以钻几个孔，以便通过空气和/或气体流。

图5是电极成型件（4）的一个实例。在这种电极成型件上，没有抽吸和返回臭氧或其他气体状介质的排气孔或钻孔，而只有与电极 成型件（4）的纵轴成对角走向的喷溅孔（32）。

图6示出电极成型件（4）的一种特殊构型。

所有靠外的隔片（31）都比其他隔片（31）短，并有一个指向载体电极（1）的中轴的尖棱（33）。

通过这种结构上的措施，可以在后面的和前面的隔片（31）上通过借助尖棱（33）抑制电磁场而产生棱尖对着载体电极（1）的电晕（14）。

这个优点是：气体的抽吸是在材料出口处进行，而臭氧或其他气体状介质的返回则在材料入口处进行。这就意味着，在材料出口处实现抽吸作用，而在材料入口处有一个压力作用。

图7再一次示出如前所描述的设备的支承管（6）。它的正面用法兰盘（34）与相应的鼓风管道相连接。

前面业已提到的在支承管（6）中心位置上的闸板（26），也可以在支承管（6）内形成隔室。这样，便可以在一个室内吸入气流，而在另一个室内排出气流（部位（35）和（36））。如果闸板（26）打开，便可以通过位置（35）和（36）选择性地共同吸入或排出气体状介质。

图8示出一个带有隔板（8）的壳体（5）的俯视图。图上的箭头（A）和（B）再次示出排气和吸气方向。

图9示出在有爆炸危险的生产过程中轨状材料（3）的电晕处理设备。

就是这种结构，电晕电极系统也是由支承管（6），壳体（5）和电极成型件（4）以及载体电极（1）组成的。

这些结构部件全部装置在一个附加壳体（37）中。

在闸板打开时，压缩空气便流向电极成型件，即通过一根通向附加壳体（37）的压缩空气管道（38）、支承管（6）及壳体（5）实现的。通过送入压缩空气来阻止爆炸性的混合气体到达电极成型件（4）。

在电晕放电区内产生的气体从附加壳体（37）的内部排出，这是通过排气管道（39）实现的。

这些气体也可与压缩空气一起重新返回电极成型件（4）。

设置在材料入口处和出口处的辊筒（40）用于密封附加壳体（37）的内室。

由图10看出，在支承管（6）的里面也可以安装节气阀（41）和（42）。它们可以通过过程计算机28进行控制和相应的调节，从而可以对电极系统里的气流作等值调节。

图11中壳体（5）的连接法兰盘（7）里安装两个侧量值接收器（43）和（44），以便通过电极系统的过程计算机（28）控制操作条件。这两个测量值接收器可用作压力计、流量计或温度计。如果与一个气体分析器一道使用，便更具优越性，这样，测量值接收器便成了简易的吸气软管。

根据本发明的设备的另一种构型如图12中所示。在这种构型中，除了出气管（22）外，与催化剂（23）相连的还有一根入气管道（46），通过后者，电晕处理时产生并排出的余热可与在催化剂（23）发生变化的氧气一道重新返回环路中。通过节气阀（27）可调节进气量。为了进一步提高效率，还安置了一个加热装置（45）。通过余热已预先加热了的氧气，可以通过该加热装置补充加热到最佳温度或进行干燥。同样，用鼓风机输送的空气也可进行加热或干燥。

图13是与图9相应的本发明的设备的详图。但是，压缩空气管道（38）配置有一个节气阀（27），不过前者不用压缩空气加压也可用作供气管道。用节气阀（28）可控制电极成型件（4）作用范围内的空气输入量。与排气管（39）配合使用，可在电极成型件（4）的作用范围内形成负压，从而对电晕处理产生有利影响。在这个实例中要强调指出的是，电极成型件（4），即大功率电晕电极构成了接地电极，而载体电极（1）则相应地成了导电电极。

在图14所示的设备中，导电的载体电极（1）由碳素纤维材料制成，而电介质（2）由玻璃纤维物质制成。壳体（47）以截距方式与载体电极（1）搭接，在该壳体中配置有在载体电极的纵轴上延伸的电极成型件（4）。电极成型件（4）在纵向上分成两个相同的部分，而每一部分又都由电极齿条（49）形状的单个扇形件组成。这些电极齿条固定在支座（48）里，后者又与壳体（47）的一个法兰盘（50）相连。这样，就可以根据要求更换电极成型件（4），同时又可保证电极成型件的安装与拆卸简便而经济。

电极成型件（4）可以根据待处理材料的宽度按安置位置进行固定。

用隔板（51）将壳体分成两个室（52）和（53），在该两个室中分别配置有一个可以取出的支座（48）。电极成型件的排气通过室（52）进行，而送气则是通过室（53）。通过分别垂直于气流方向而安装在小室（52）和（53）中的导板（54）送入的气流或排出的介质都可进行均匀的分配，并送入电极成型件（4）。隔板（51）装备有通孔（86）。

图15是图14所示设备的又一种改进型。在两个分别支撑电极 齿条（49）的支座（48）之间，装有一个密封辊筒（55），它将空气区与排气区隔开并密封。该密封辊筒也可通过另一个小室（56）进行充气与排气。图16至19示出各不相同的电极齿条（49）。

图16和17所示的电极齿条，在其面向材料的下侧配置有放电隔片（57）。

靠近外层放电隔片（57）的外侧，与放电隔片走向相平行的是辅助电极（58）。借助这些辅助电极（58），可以通过放电隔片（57）上的静电磁场抑制，准确地限定高压放电，从而，处理过的和未受处理的材料可以洁净地分开。其断面基本上呈U形的电极齿条（49）的支脚在向放电隔片（57）的方向上变粗，实际上构成电极齿条（49）两个支脚间的连接片。两个支脚的变粗，提高了电极齿条（49）的稳定性，其结果是，机械性损坏，例如处于高处通过载体电极（1）传送的材料的撞击，不会影响每个电极齿条（49）的功能。在电极齿条（49）每个支脚的内侧，分别向相装有支承齿条（59）。通过与支承齿条（59）对应的、置在各个支座（48）中的制动件，电极齿条（49）可固定在支座（48）中。每个电极齿条原则上是由具有导电性能的材料制成。图16所示的电极齿条（49）由一种导电性的金属制成，而图17中的则由有传导性能的碳素纤维材料制成。

图18所示电极齿条（49）是由具有导电性的碳制成的，并用不具导电性和不氧化的陶瓷涂层。

陶瓷涂层可以由亚硝酸硅、亚硝酸铝或亚硝酸硼组成，并用所谓的VPD-方法（物理-蒸发-排列）或CVD-方法（化学-蒸发-排列）处理成电极齿条体。

与图16和17中所示电极齿条（49）一样，这里也在同样的位置上装置有辅助电极（60），不过它不是尖棱的，而是球形的。这样，陶瓷涂层不仅易于涂到电极齿条体的表面上，而且在这个范围内还特别耐久和稳定。

图19中所示电极齿条（49）的电极齿条体是由具有传导性能的金属制成。至少是电极齿条体的外表面具有陶瓷涂层（61），例如是用等离子法或火焰喷涂法生成的氧化铝或硝酸铝。这里的辅助电极（60）由于上述原因也是球形的。

与图16至18中所示电极齿条（49）相反，电极齿条（49）指向材料轨道（3）的一侧，没有装置放电隔片（57），而是光面的。为在电极齿条体上形成最佳陶瓷涂层，并使其固定住，所有过渡处都加工成园形。

图20是电极齿条（49）固定在支座（48）中的情况。用一个调节螺丝（62）可以调节电极齿条（49）的高度，从而改变它与材料（3）的间距，调节螺丝（62）的一头固定在电极齿条（49）中，另一头支承在支座（48）上。由于电极齿条（49）的高度可调并从而改变其与材料（3）的距离，所以可根据不同的要求，迅速而简便地通过改变间距达到不同的电晕处理的目的。

图21示出的是从图20中的箭头方向ⅩⅪ所看到的支座和电极齿条（49）。在支座（48）中，与电极齿条（49）相平行，固定有一个固定螺丝（63），在其柱体上分别挂有一个拉力弹簧（64），后者的另一端有一个固定件（65），从后面夹紧电极齿条（49）的支承齿条（59）。通过拉力弹簧（64）的拉应力固紧电极齿条（49）这样的措施，可以十分简便地调节电极齿条 （49）。

图22所示本发明的设备，考虑到了所有提高效率的措施。

材料轨道（3）通过导向辊（66）以已知的方式送入设备进行电晕处理。这时，材料轨道（3）背面置在装备有一个电介质（2）的载体电极（1）上。材料轨道（3）在两个分别由电极齿条（49）组成的固定在支座（48）中的电极成型件（4）的下面引入。借助这些电极齿条进行电晕处理，材料轨道（3）对着电极成型件（4）的表面便受到处理。

电极成型件（4）、支座（48）和密封辊筒（55）安装在图15所示的壳体中。壳体（47）通过连接法兰盘（7）与支承管（6）相连。

在设备和过程工作时，接通产生高频高压的发电机（13），这样，可在电极成型件（4）上进行电晕放电。

产生的余热及气体状的空气裂变产物如臭氧、氮气或类似气体，由小室（52）排出，一部分以前面描述过的方法，通过室（53）重新返回电极成型件（4）。

由小室（52）排出的部分气体特别是部分余热，通过支承管（6）被送入催化剂（23）。三价的臭氧在催化剂（23）中转化成二价氧。所产生并经过预热的氧气，通过管道（46）送入壳体（70），后者部分地盖住挤压辊筒（67）。

由于经过加热的材料轨道（3）会提高电晕处理效率，故在该实例中，材料轨道（3）是通过起蓄热器功能的挤压辊筒（67）进行加热的。挤压辊筒位于接受电晕处理的材料轨道（3）的侧面上。因此，主要是这一侧要加热。

除了利用余热外，还对空气单独加热。可以考虑通过另一根输入管道（71）将空气输入壳体（70），例如可以采用图12所示形式及图解说明的方式进行。附加加热时，例如可以利用工作过程中的发电机的废热。

特别是当材料轨道（3）要求以高速进行电晕处理时，或者需要处理很难处理的材料（3）时，挤压辊筒（67）需要增加外来的热量。

从图22还可以看出获得外来热源的理想方式。挤压辊筒（67）配备一个电介质（72），而壳体（72）内安置一个电极齿条（49），后者与发电机（69）相连。在不形成电晕放电的情况下，在电极齿条（49）和电介质（72）联合作用下，通过电介损耗功能产生热量。这种热量可以直接加热材料轨道（3）接受电晕处理的表面，而送进去的热空气只能对其间接加热。

也可以考虑采用红外线加热或类似方法作为其他热源。试验表明：对待处理的材料充电有利于附着中心的形成，这种充电无论是在电晕处理之前或其后都有好处。

通过高压的直流电压源（68）和安装在电极成型件作用范围前后的针状电极（73），可在材料轨道（3）的出入口向材料施加直流电压，以形成静电力。

另一个办法是：可以通过开关（74）将直流电压源（68）与密封辊筒（55）接通，给材料轨道（3）充电。

借助开关（75）和（76）可将直流电压与电极（73）接通。

支座（48）与电极齿条（49）一起作为一个单位安装在壳 体（47）上，它们可根据需要作为一个整体进行更换。整个系统，即电极齿条（49）、支座（48）和壳体（47）通过连接法兰盘（7）可拆卸地固定在支承管（6）上，这样，需要时，整个系统可以拆下来进行更换。

载体电极（1）最好，但挤压辊筒（67）却是有选择地用碳素纤维材料制成;而电介质则由玻璃纤维的涂层抗臭氧的和硫化的弹性体如硅胶陶瓷材料组成。

Claims (30)

1、用电晕放电处理材料表面的设备，包括一个优选为辊筒式的载体电极(1)以及一个固定在壳体(5)上的大功率电晕电极，待处理材料在两个电极之间通过，其中设置了一个排出电晕放电时产生的气体的排气孔(15)，

其特征在于，直接在大功率电晕电极结构中的电极成型件(4)上设有附加孔(16)，用以使排出的气体返回到由载体电极(1)和大功率电晕电极构成的缝隙中，其中气体通过壳体(5)的一个单独隔室(53)返回到通气回路。

2、根据权利要求1的设备，其特征在于一个与壳体相联接的支承管（6）配置有闸板（26）以隔开鼓风气流。

3、根据权利要求1或2的设备，其特征在于壳体（5）和电极成型件（4）带有用于插放隔板（8）和构成隔室（52，53）的导槽（29，30）。

4、根据权利要求1的设备，其特征在于，电极成型件（4）在纵轴方向配有许多隔片（31），并且电极成型件（4）的隔片（31）之间的排气孔（15）和附加孔（16）与电极成型件（4）的纵轴互成对角配置。

5、根据权利要求4的设备，其特征在于电极成型件（4）的外隔片（31）配有指向载体电极（1）中心的尖端。

6、根据权利要求1的设备，其特征在于电极成型件（4）由保护性绝缘体（9，10）所遮盖。

7、根据权利要求1的设备，其特征在于一个密封的附加壳体（37）中的整个设备配有单独的排气管（39）。

8、根据权利要求1的设备，其特征在于在整个鼓风环路中配有多个节气阀（27），以控制鼓风量。

9、根据权利要求1的设备，其特征在于大功率电晕电极由多个并列的和平行的电极齿条（49）构成。

10、根据权利要求9的设备，其特征在于电极齿条（49）装在至少一个支座（48）上，后者又与壳体（47）可拆卸地连在一起。

11、根据权利要求9的设备，其特征在于电极齿条（49）由碳纤维材料制成。

12、根据权利要求9的设备，其特征在于，电极齿条（49）由导电碳，如石墨和不导电的非氧化性陶瓷外涂层，如氮化硅，氮化铝或氮化硼制成。

13、根据权利要求9的设备，其特征在于电极齿条（49）由导电金属制成，金属外涂有陶瓷层，如氧化铝或氮化铝。

14、根据权利要求9的设备，其特征在于每一电极齿条（49）断面呈U形，其封闭的纵向端面指向载体电极（1）。

15、根据权利要求14的设备，其特征在于封闭的纵向端面在其外侧的载体电极（1）纵向棱边范围内配有辅助电极（60）。

16、根据权利要求15的设备，其特征在于辅助电极（60）呈尖棱状。

17、根据权利要求15的设备，其特征在于辅助电极（60）呈球形。

18、根据权利要求14的设备，其特征在于每一电极齿条（49）相对排开的支脚在封闭端面的方向上变粗。

19、根据权利要求14的设备，其特征在于，封闭端面外侧面配有多根与电极齿条（49）纵向并到且相互平行的放电隔片（57）。

20、根据权利要求9的设备，其特征在于，每一电极齿条（49）用调节螺丝（62）固定在支座（48）上，其高度可调。

21、根据权利要求9的设备，其特征在于，每一电极齿条（49）被安装成纵向可偏移。

22、根据权利要求9的设备，其特征在于电极齿条（49）在支脚的内侧面分别配有一根纵向支承齿条（59），后者由固定件（65）从后面咬住，其中固定件（65）固定在与支座（48）相连的拉力弹簧（64）。

23、根据权利要求3的设备，其特征在于，在隔室（52）和隔室（53）之间配有一根密封辊筒（55），其工作位置靠近材料轨道（3）。

24、根据权利要求23的设备，其特征在于向密封辊筒（55）上提供直流电压。

25、根据权利要求3的设备，其特征在于，在壳体（5，47）的隔室（53）和/或隔室（52）中分别配有带孔导板（54）。

26、根据权利要求9的设备，其特征在于，电极成型件（4）之前配有一个作载体电极的挤压辊筒（67），后者处于载体电极（1）传送并朝向电极成型件（4）的材料辊筒（3）的上侧面上，其中电极齿条（49）则安置在挤压辊筒（67）与材料轨道（3）相对的一侧。

27、根据权利要求1的设备，其特征在于电极成型件（4）的前面和/或后面配有通直流电压的针状电极。

28、根据权利要求1的设备，其特征在于，电极成型件（4）之前在气体或空气的输入管道范围内配有一个加热装置（45），用以加热或干燥返回的气体或供入的空气。

29、根据权利要求26的设备，其特征在于载体电极（1）和/或挤压辊筒（67）由碳纤维材料制成，其中作为电介质的是一涂层，后者由玻璃纤维，耐臭氧和可硫化的弹性体，如硅胶或陶瓷材料制成。

30、根据权利要求3的设备，其特征在于隔室（52，53，56）的隔板（51）上开有通孔（86）。

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