CN102224284A - 具有增强的强度和可加工性的新金属纤维股绳 - Google Patents

Abstract

提供了一种新的金属纤维股绳和用于获得这样的股绳的方法。所述金属纤维股绳构成一种构造，所述构造包括形成金属纤维股绳的连续金属纤维。所述构造包括至少5根连续纤维束，其中至少一个束是金属纤维束，优选集束金属纤维。连续纤维束被扭绞在一起形成股绳。每个金属纤维束包括至少30个金属纤维细丝。连续纤维束的长度在金属纤维股绳的单位长度上基本相同并且金属纤维股绳的单位长度的纤维束的长度大于金属纤维股绳自身的单位长度。

Description

具有增强的强度和可加工性的新金属纤维股绳

技术领域

本发明涉及例如通过集束拉拔的金属丝获得的连续金属纤维和连续金属纤维束。更具体地，本发明涉及高品质的金属纤维股绳和产生这些金属纤维股绳的方法。

背景技术

金属纤维束可以以各种方式获得。金属纤维可以通过例如如US3379000中所述集束拉拔的方法获得。金属纤维也可以例如通过一直拉拔到最终直径(也被称为末端拉拔)获得。典型地，金属纤维具有小于60μm的等效直径。金属纤维束通常被表征为平行金属纤维的阵列。一种类型的金属纤维束包括例如通过集束拉拔或末端拉拔获得的连续金属纤维并且将这些金属纤维组合为束。这样的金属纤维束然后可以被组合以产生金属纤维股绳。这些股绳具有性质，例如确定的强度和电阻。

为了增加带有一定厚度的连续金属纤维的金属纤维股绳的强度，需要在股绳中有更多的金属纤维。这可以以两种方式实现：通过增加束中的金属纤维的数量或通过增加股绳中的金属纤维束的数量。

然而增加股绳中的每束的金属纤维的数量对金属纤维股绳的挠性有不利影响。

在股绳中使用更多的金属纤维束证明是有局限的，即，金属纤维束的数量的增加并不导致金属纤维股绳的强度的预期和期望增加。

还应当注意的是股绳中的金属纤维束的数量的增加也增加了导致股绳的可加工性变差的股绳的筒化(sleeving)或分解的发生，尤其当通过集束拉拔然后接着在复合水平上进行股绳构造来制造金属纤维股绳时。当这样的易筒化的金属纤维股绳在后续加工期间被使用时，会发生导向部分中或在小通道上的阻塞。

由5根或以上连续金属纤维束组成的股绳的断裂力的小于预期的增加以及与筒化现象的增加一起出现，使得本领域的技术人员得出在一个股绳中使用5根或以上金属纤维束是不利的。

因此，本发明试图提供带有更大断裂力而不损失挠性并且不导致金属纤维股绳的筒化的金属纤维股绳。

发明内容

本发明的一个方面提供了一种金属纤维股绳，其包括连续金属纤维，优选集束拉拔的金属纤维。所述金属纤维股绳包括扭绞在一起形成股绳的至少5根连续纤维束。在一个优选实施例中，所述金属纤维股绳中的所有连续纤维束是金属纤维束。每个连续金属纤维束包括至少30根金属纤维并且优选小于2500根金属纤维。在一个更优选的实施例中，每个连续金属纤维束包括1000根纤维。在一个备选的优选实施例中，每个连续金属纤维束包括275或90根纤维。在另一个备选实施例中，所述股绳包括带有不同数量的金属纤维束，例如带有275根纤维的束和带有90根纤维的束的组合。所述股绳中的连续纤维束的数量优选等于或小于30，例如5，6，7，8，9，10，11，12，13，14，15，16，17，18，19，20，21，22，23，24，25，26，27，28，29。

所述金属纤维股绳中的连续纤维束在所述金属纤维股绳的单位长度的长度上基本彼此相同；同时，所述金属纤维股绳的单位长度的所述连续纤维束的长度大于所述金属纤维股绳自身的单位长度。优选地，所述金属纤维股绳中的所述连续纤维束沿相同的方向并且以相同的节距被扭绞。令人惊奇的是发现所述股绳中的纤维束的基本相同长度提供了一种金属纤维股绳，其显著地通过将负荷相等地分配在股绳中的所有纤维束上来承受负荷。因此，增加股绳中的纤维束的数量提供了断裂力的预期和期望的增加，而且不损失股绳的挠性。

在本发明中，金属应当被理解为包括金属和金属合金(例如不锈钢)或包括金属和非金属组分(例如钢和碳)的复合物。优选地，所述金属纤维由不锈钢制造，例如AlSl 316，316L，302，304。在另一个优选实施例中，所述金属纤维由FeCrAl合金、铜或镍制造。在另一个优选实施例中，所述金属纤维是例如在JP 5-177243和WO2006/120045中描述的多层金属纤维，例如带有铜芯和不锈钢外层的金属纤维或带有钢芯、铜中间层和不锈钢外层的三层金属纤维。所述连续金属纤维可以通过直接或末端拉拔或通过集束拉拔技术形成。

根据本发明的股绳的一束或多束优选地通过束拉拔工艺获得。这样的工艺是通常已知的并且包括多个金属丝(束)的涂覆，用覆盖材料封闭束以获得本领域中所谓的复合线，将复合金属丝拉拔到合适直径并且去除单个丝(纤维)和束的覆盖和涂层材料，例如如US3,379,000；US 3,394,213；US 2,050,298或US 3,277,564中所述。通过该工艺获得的纤维具有多边形、通常为五边形或六边形的横截面，并且它们的周长通常为锯齿形，如US2050298的图2中所示。与将多个单拉拔纤维组合在一起形成束相比，集束拉拔工艺允许进一步减小纤维直径。已发现减小的纤维直径也对挠曲寿命有积极影响。

所述股绳中的金属纤维具有在0.5到60μm的范围内，更优选在2到50μm的范围内，更加优选在6到40μm的范围内，最优选在8到30μm的范围内的优选等效直径。

本发明的另一个方面提供了一种根据本发明的金属纤维股绳，其中金属纤维束的至少一部分被塑性预成形，例如弯曲。

所述金属纤维股绳还可以涂覆有合适的涂层，优选特富龙(Teflon)、PVC、PVA、PTFE(聚四氟乙烯)、FEP(四氟亚甲基和六氟丙烯基的共聚物)、MFA(全氟烷氧基聚合物)或聚氨酯清漆。备选地，所述金属纤维股绳也可以包括润滑剂。

本发明的一个方面提供了一种带有良好的可加工性和挠性的高强度金属纤维股绳。

本发明的另一个方面提供了本发明的金属纤维股绳作为可加热织物应用(例如汽车座椅加热)中的电阻加热元件的用途。

本发明的另一个方面提供了本发明的金属纤维股绳作为缝纫股绳的用途。

本发明的另一个方面提供了本发明的金属纤维股绳作为导线的用途。

本发明的另一个方面提供了本发明的金属纤维股绳用于生产耐热织物，例如在汽车玻璃的生产中使用(例如用于将汽车玻璃模制为预期形状)的分离材料，或者例如金属燃烧器薄膜(例如机织或针织形式)。

本发明的另一个方面提供了本发明的金属纤维股绳作为复合材料中的增强元件的用途。

本发明要求权利的另一个方面提供了用于产生根据本发明的金属纤维股绳的方法。

在第一方面中，通过提供至少5根连续金属纤维束获得根据本发明的示例性金属纤维股绳。在一个优选实施例中，提供拉拔到最终直径的至少5根复合线，每个所述复合线包括在基体中的多个金属细丝。然后提供可去除芯体。去除过程可以是不改变连续纤维或复合线的周围束的空间布置的任何去除过程，例如：浸出、溶解、燃烧、粉碎、蒸发等。在一个优选实施例中，该可去除芯体由铁丝制造。在一个备选的优选实施例中，该可去除芯体是水溶性的，例如由聚乙烯醇(PVA)制造。在另一个优选实施例中，所述可去除芯体包括酸敏感聚合物，例如尼龙，或酸敏感金属，例如铜。

然后组成一种构造，其中所述可去除线、纤维或股绳或一组可去除线、纤维和/或股绳在所述芯体中，并且所述连续纤维束或优选复合线形成围绕该芯体的至少一个层。所述连续纤维束或优选复合线围绕所述可去除芯体在一个或多个层中被扭绞。如果参数被设置为使得在该构造的层中的所有连续纤维束(在优选实施例中所有复合线)具有相同的成缆角(cabling angle)，所有连续纤维束或优选复合线的长度在该构造的单位长度上基本相同。在围绕可去除芯体的连续纤维束的多个层的情况下，不同层的成缆角相同。其后通过适当的方法去除所述可去除芯体。在围绕所述可去除芯体的多个复合层的优选情况下，不同层的成缆角被设置为使得在浸出之后不同层的成缆角变为相同。其后，从所述复合线和所述可去除芯体去除所述基体和片材。在一个优选实施例中，所述片材、基体和可去除芯体溶解在适当的液体(例如酸)中。在一个备选的优选实施例中，在两步过程中去除所述基体和片材和可去除芯体，其中首先通过在第一液体(例如水)中溶解去除所述可去除芯体，并且在第二步骤中通过在第二液体(例如适当的酸)中溶解去除所述基体和片材。由于所有复合线的长度在该构造的单位长度上基本相同，因此在去除所述片材、基体和可去除芯体之后，所述金属纤维束的长度在所述金属纤维股绳的单位长度上相同。而且，由于所述金属纤维束围绕所述可去除芯体被扭绞，因此单位长度的所述金属纤维束的长度大于单位长度的所述金属纤维股绳的长度。

在第二方法中，通过提供一直拉拔到最终直径的至少5根复合线获得根据本发明的示例性金属纤维股绳，每个所述复合线包括在基体中的多个金属细丝。通过围绕彼此扭绞所述复合线组成一个构造。由于所述构造包括至少5根复合线，因此当在该构造的横截面上观察时，一个或多个复合线自动没入到中间，并且其它复合线围绕在中间的这些丝组成一个或多个层。然后通过使用拉直器变形获得的复合构造。拉直操作以这样的方式变形该构造的横截面，使得在该构造的横截面中所述复合线之间的自由空间在所述复合线之间被相等地分配。因此所述复合线的长度变为在芯体构造的单位长度上基本相同。其后，通过在适当的酸中溶解所述片材和基体从所述复合线去除所述基体和片材。由于所有复合线的长度在该构造的单位长度上基本相同，因此所述金属纤维束的长度在所述金属纤维股绳的单位长度上基本相同。

在第三方法中，通过提供至少5根纤维束获得根据本发明的示例性金属纤维股绳，优选每个束是连续金属纤维束，最优选每个束是集束拉拔金属纤维束。在另一个优选实施例中，至少一个金属纤维束与非金属纤维束组合。然后提供荆棘(thorn)。通过围绕所述荆棘扭绞所述纤维束组装所述股绳。这时所有纤维束在所述股绳的相同层中并且具有相同的扭转节距。因此，所有纤维束的长度在所述股绳的单位长度上基本相同，并且单位长度的所述纤维束的长度大于单位长度的所述金属纤维股绳的长度。在一个备选的方法中，所述金属纤维束在一个或多个步骤中在两个或以上层中围绕所述荆棘扭绞。

第四方法类似于第三方法，假设所有束是仍然采用一直拉拔到最终直径的复合线的形式的集束拉拔的金属纤维，每个所述复合线包括在基体中的多个金属细丝。该方法还包括在第三方法的组成步骤之后通过在适当的酸中溶解所述片材和基体从所述复合线去除所述基体和片材的步骤。由于在浸出之前不同复合线的长度在该构造的长度上基本相同，因此在浸出之后所述金属纤维束的长度在所述金属纤维股绳的长度基本相同。同时，单位长度的所述金属纤维束的长度大于单位长度的所述金属纤维股绳的长度。

第五方法通过提供至少5根纤维束获得根据本发明的金属纤维股绳，优选每个束是金属纤维束，最优选每个束是集束拉拔的金属纤维束。在另一个优选实施例中，至少一个金属纤维束与非金属纤维束组合。提供带有与所述股绳中的纤维束的数量相同的孔的多孔孔板。所述孔在所述孔板上的假想圆上均匀分布。在股绳形成期间，在扭绞所述纤维束以形成所述股绳之前将所述纤维束引导通过所述多孔孔板。这时，所有纤维束在所述股绳的相同层中并且具有相同的扭转节距。因此，所有纤维束的长度在所述股绳的单位长度上基本相同。而且，由于所述纤维束也被扭绞，因此单位长度的所述纤维束的长度大于单位长度的所述金属纤维股绳的长度。在一个备选实施例中，通过围绕以上获得的股绳扭绞纤维束可以将更多的层加入所述股绳。

第六方法类似于第五方法，假设所有束通过集束拉拔获得，并且其中每个束仍然采用复合线的形式，每个所述复合线包括在基体中的多个细丝。该方法还包括在通过使用多孔孔板制造该构造之后通过在适当的酸中溶解所述片材和基体从所述复合线去除所述基体和片材的步骤。由于在浸出之前不同复合线的长度在该构造的长度上基本相同，因此在浸出之后所述金属纤维束的长度在所述金属纤维股绳的长度上基本相同。而且，由于所述复合线也被扭绞，因此单位长度的所述金属纤维束的长度大于单位长度的所述金属纤维股绳的长度。

第七方法通过提供至少5根纤维束获得根据本发明的金属纤维股绳，优选每个束是金属纤维束，最优选每个束是集束拉拔金属纤维束。在该方法中在两个或以上步骤中制造所述股绳：在第一步骤中围绕彼此扭绞至少2根连续纤维束，并且在第二步骤中围绕第一层扭绞剩余的束。可以在更多的步骤中加入更多的层。为了获得所有层中的所有纤维束的基本相同长度，不同层的成缆角需要相同。

第九方法类似于第八方法，假设所有束通过集束拉拔获得并且其中每个束仍然采用一直拉拔到最终直径的复合线的形式，每个所述复合线包括在基体中的多个细丝。该方法还包括在制造该构造之后通过在适当的酸中溶解所述片材和基体从所述复合线去除所述基体和片材。在该方法中所述复合线的不同层的成缆角被设置为使得在浸出之后不同层的成缆角变为相同。

定义

术语纤维的“等效直径”应当被理解为具有等于纤维的径向横截面的表面的表面积的假想圆的直径。在集束拉拔操作的情况下，纤维的横截面通常具有五边形或六边形的形状，并且纤维横截面的周长通常为锯齿形。在单拉拔纤维的情况下，等效直径应当被理解为直径。

术语“纤维束”应当被理解为单个连续纤维的组。

术语“连续纤维”应当被理解为例如在蚕丝中天然发现的或者例如通过丝拉拔工艺获得的不定或最大长度的纤维。“连续金属纤维束”在本发明的上下文中应当被理解为可以通过集束连续金属纤维或通过集束拉拔获得的连续金属纤维的束。

术语“股绳”应当被理解为采用适合于针织、机织或以另外方式缠结以形成编织物的形式的纤维、细丝或材料的连续股线。所以股绳也可以由合并在一起形成新股绳的第一股绳组成。

术语“复合线”应当被理解为在例如从US3379000获知的集束拉拔工艺中使用的复合线，其中该复合线是嵌入包裹在护套材料中的基体材料中的金属细丝的整体。当被一直拉拔到预期直径的该复合线被浸出，由此去除基体和护套材料时，所述连续金属细丝被释放并且从那时起被称为连续金属纤维。换句话说，该复合线通过浸出过程变为连续金属纤维束。

术语“股绳的单位长度”应当被理解为当股绳处于拉伸状态时股绳的单位长度。

术语“成缆角”是本领域的技术人员已知的，但是在有疑问的情况下，参考参考文献K.Feyrer，Drahtseile：Bemessung，Betrieb，Sicherheit.Berlin：Springer-Verlag，2000，第22-23页。

附图说明

在本文中参考附图描述了本发明的示例性实施例，在附图中：

图1显示了一个图表，揭示了平均断裂力与在金属纤维股绳中使用的连续金属纤维束的数量的关系。

图2显示了与图1相同的图表，补充有用根据本发明的金属股绳获得的结果。

图3示意性地显示了用于获得本发明的金属纤维股绳的示例性方法的初始材料。

图4显示了用于测量股绳中的纤维束的长度的方法。

附图标记

1：金属纤维股绳

2：水平可移动的夹子

3：可旋转夹子

4：金属丝

5：反向滑轮

6：配重(17N)

7：连续纤维束

8：可去除线

具体实施方式

现在将参考附图描述本发明的金属纤维股绳和用于获得金属纤维股绳的方法的例子。

图1包括一个图表，揭示了由连续金属纤维束制造出的金属纤维股绳的为牛顿(N)的测得断裂力(Fm)与金属纤维股绳中的金属纤维束的数量的关系，所述连续金属纤维束由AlSl 316L型的、等效直径为12微米的275根不锈钢纤维组成。在表1中列出了平均测量值。根据ISO 6892/82以150mm的标距长度、3N的预负荷、5mm/min的预负荷速度和30mm/min的测试速度测量断裂力。

表1

VN a/b×c/d/f其中

a是单位为μm的金属纤维的等效直径

b是金属纤维股绳中的金属纤维束的数量

c是每束的金属纤维的数量

d是所有金属纤维束的扭转方向的每米扭力

f是金属纤维的合金

在这里我们看到对于包括4根或更少的金属纤维束的股绳，金属纤维股绳的断裂力的随着股绳中的金属纤维束的数量线性增加。在该情况下线性关系由Fm[N]＝43·x-10给出，其中Fm是以牛顿表示的股绳的断裂力，并且x是股绳中的金属纤维束的数量。当股绳中的金属纤维束的数量大于4时，该线性关系不再有效：股绳的断裂力的增加远远小得多。该效应可以解释如下，但不称为一定正确：当5或更多束被组合为股绳时，股绳尝试着获得尽可能最小的直径，因此1个或更多束往往移动到股绳的中心。然后获得层状股绳，其中在股绳的中心的束具有比在股绳的外/下一层上的束更短的长度。

在第一例子中提供了一种根据本发明的金属纤维股绳，其中使用可去除芯线产生金属纤维股绳。六个复合线围绕可去除芯体(在该例子中为铁线)成组，其中每个复合线包含等效直径为12微米的316L型的275根不锈钢纤维。如图2和表2中所示，断裂力的增加现在符合如上所述的线性关系。

表2

产品的类型	进行的处理	测得Fm[N]	由公式预测的Fm[N]
				VN 12/6×275/120S/316L	标准	191	248
VN 12/6×275/120S/316L	可去除芯体	250	248
				VN 12/5×275/120S/316L	拉直	209	205

图3示意性地显示了可去除芯体(一个或多个)(在图中被显示为阴影圆8)以及连同被扭绞在一起的连续纤维束(在图中被显示为敞开圆7)的构造的更多例子，其中可去除芯体被去除以形成本发明的金属纤维股绳。备选地，可以用复合线围绕一个或多个可去除线制造类似构造，其后整个构造被浸滤以形成本发明的金属纤维股绳。

在如图4中所示的扭转台上测量金属纤维股绳中的单个纤维束的长度。金属纤维股绳(1)的1米的长度被夹在如图4中所示的两个夹子之间。夹子中的一个(3)可旋转，但是不能水平移动，另一个夹子(2)不可旋转，但是可以沿着股绳的拉伸方向水平地往复移动。水平可移动的夹子(2)借助于在反向滑轮(5)上被引导并且连接到17N的负荷(6)的线(4)处于负载下。

然后沿着与股绳中的金属纤维束的扭转方向相反的方向扭绞股绳，并且进行与金属纤维股绳中存在的扭转循环的数量同样多的循环。

由于从股绳去除了扭转，因此股绳伸长。当股绳通过配重(6)受到张力时，因此负荷向下移动(b)。因此水平可移动的夹子(2)向后移动，并且股绳的伸长等于夹子(2)移动的长度(a)。

当股绳由带有不同长度的多个束组成时，最短束受到夹子之间的张力，并且其它束垂下。夹子之间的距离现在是股绳中的最短束的长度。当最短束被切断时，股绳再次伸长，并且现在初始股绳中的第二最短束受到张力。这时夹子之间的距离是股绳中的第二最短束的长度。重复长度的该切断、伸长和测量，直到最后的束受到张力。

术语“股绳的长度”因此根据本发明应当被理解为当股绳在17N的负荷下被拉伸时股绳的长度。这作为当股绳受到17N的负荷时并且在股绳被反向扭绞之前扭转台上的夹子之间的长度L被测量。

术语“束的长度”应当被理解为源自由n个束组成并且受到17N的负荷的反向扭绞股绳的单束x_n的长度L_n。股绳中的最短束x₁的长度L₁作为当股绳被反向扭绞时并且在17N的负荷下在扭转台上的夹子之间的长度被测量。股绳中的第二最短束x₂的长度L₂作为当股绳被反向扭绞、在17N的负荷下并且股绳中的最短束x₁被切断时扭转台上的夹子之间的长度被测量。股绳中的每个第x_n个束的长度L_n作为当股绳被反向扭绞、在17N的负荷下并且股绳中的所有x₁...x_n-1较短束被切断时扭转台上的夹子之间的长度被测量。

如果束之间的长度差ΔL小于1％，根据公式

股绳中的所有束的长度被认为“基本相等”。

表3和4显示了对于标准可用的

产品用上述测量方法获得的结果。

表3

表4

在第二例子中拉直器用于获得本发明的金属纤维股绳。现在5根复合线根据本领域已知的方法被扭绞为一个构造，其中每个丝包含等效直径为12微米的275根316L型的不锈钢细丝。然后该构造受到拉直操作，该拉直操作减小单个复合线之间的长度差。该拉直构造然后进行浸滤步骤。如图2和表2中所示，金属纤维股绳的断裂力类似于由公式预测的断裂力。

因此描述了一种新的金属纤维股绳并且提供了用于获得这样的股绳的方法。所述金属纤维股绳构成一种构造，所述构造包括形成金属纤维股绳的连续金属纤维。所述构造包括至少5根连续纤维束，其中至少一个束是金属纤维束，优选集束的金属纤维。连续纤维束被扭绞在一起形成股绳。每个金属纤维束包括至少30个金属纤维细丝。连续纤维束的长度在金属纤维股绳的单位长度上基本相同，并且金属纤维股绳的单位长度的纤维束长度大于金属纤维股绳自身的单位长度。

尽管详细描述了以上实施例，但是一旦完全理解以上公开，本领域的技术人员将显而易见许多变化和修改。

Claims (15)

1.一种金属纤维股绳，其包括至少5根连续纤维束(7)，所述至少5根连续纤维束被扭绞在一起，所述至少5根连续纤维束(7)包括至少一个连续金属纤维束，所述至少一个连续金属纤维束的每个包括至少30根连续金属纤维，其特征在于：

所述至少5根连续纤维束(7)的长度在所述金属纤维股绳的单位长度上基本相等，并且所述金属纤维股绳的单位长度中的所述至少5根连续纤维束(7)的长度大于所述金属纤维股绳的单位长度。

2.根据权利要求1所述的金属纤维股绳，其中所述至少一根连续金属纤维束是成束的拉拔金属纤维。

3.根据权利要求1或2所述的金属纤维股绳，其中所述连续纤维束全部具有相同的扭绞方向和相同的成缆角。

4.根据权利要求1-3所述的金属纤维股绳，其中所述至少5根束(7)全部是连续的金属纤维束。

5.根据权利要求1-4所述的金属纤维股绳，其中所述至少一个连续金属纤维束的至少一部分包括连续不锈钢纤维。

6.根据权利要求1-5所述的金属纤维股绳，其中所述金属纤维束中的金属纤维的至少一部分具有包括至少两个同心金属层的横截面。

7.根据权利要求6所述的金属纤维股绳，其中所述金属纤维的芯体是铜并且外层是不锈钢。

8.根据权利要求6所述的金属纤维股绳，其中所述金属纤维的芯体是不锈钢并且外层是铜。

9.根据前述权利要求中的任一项所述的金属纤维股绳，其中所述金属纤维股绳中的所述金属纤维束的数量等于或小于30。

10.根据前述权利要求中的任一项所述的金属纤维股绳，其中每个纤维束的金属纤维的数量小于2500。

11.根据前述权利要求中的任一项所述的金属纤维股绳，其中所述连续金属纤维具有在8μm至30μm的范围内的等效直径。

12.根据前述权利要求中的任一项所述的金属纤维股绳，其中所述金属纤维股绳还包括涂层，该涂层优选为PVC，PVA，PTFE，FEP，MFA或聚氨酯清漆。

13.根据前述权利要求中的任一项所述的金属纤维股绳作为可加热织物应用中的电阻加热元件的用途。

14.根据权利要求13所述的金属纤维股绳的用途，其中所述可加热织物应用是汽车座椅加热。

15.根据权利要求1-12中的任一项所述的金属纤维股绳作为增强元件的用途。

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