CN103601986B - 一种中压电缆用乙丙绝缘料 - Google Patents

一种中压电缆用乙丙绝缘料 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种中压电缆用乙丙绝缘料。其特征在于:按重量计,材料的组成包括:三元乙丙橡胶30~70份,乙丁橡胶30~70份,活性剂5~13份,交联剂2~5份,交联助剂1~3份,加工助剂2~8份,抗氧剂10~20份,偶联剂0.5~3份,塑化剂5~15份,补强剂10~35份,填料50~130份。本发明通过严格选材,控制中压绝缘料中的颗粒大小、数目,具备优异的电气性能、极佳的热老化性能,适用于矿用中压电缆。

Description

一种中压电缆用乙丙绝缘料
技术领域
本发明属于电缆料技术领域,具体涉及一种中压电缆用乙丙绝缘料。
背景技术
目前,国内煤矿用8.7/10kV中压电缆,海上石油平台用3.6/6kV~18/30kV中压电缆也越来越多采用乙丙橡皮做电缆绝缘。对于低压橡套电缆,只需考虑材料的机械性能、加工工艺性能和线缆火花机试验。但中压电缆则需要进行局部放电试验、耐压试验。解决该问题的关键就在于控制材料中大颗粒粒子的大小、数目、分散均匀程度。
如CN201110299225.8,名称为“中压乙丙橡胶绝缘材料及制备方法”的发明专利。公开了一种中压乙丙橡胶绝缘材料及制备方法,材料组分及含量为三元乙丙橡胶15%-30%、二元乙丙橡胶9%-20%、线性低密度聚乙烯4%-10%、氧化锌4%-7%、硬脂酸0.1%-0.4%、超细滑石粉5%-35%、石蜡烃油4%-7%、石蜡0.5%-3%、煅烧陶土10%-30%、表面活性剂γ-氨丙基三乙氧基硅烷0.1%-0.9%、防老剂4,4′双(α,α二甲基苄基)二苯胺0.4%-1.8%、硫化剂过氧化二异丙苯0.5%-1.5%、助硫化剂三聚氰酸三烯丙酯0.3%-1.4%。
该专利仍存在如下缺点:
1、该发明专利选用线性低密度聚乙烯作为基料之一与乙丙橡胶混合,塑料与橡胶的相容性不好。长期使用条件下,材料的性能有待考证。
2、该发明专利防老剂选用4,4’双(α,α二甲基苄基)二苯胺,此类防老剂主要应用于氯丁橡胶、丁基橡胶、丁苯橡胶、天然橡胶和聚氨酯类胶黏剂,对乙丙橡胶的防老效果并不显著。
3、该发明专利未指明解决中压乙丙绝缘料的技术关键在于填料颗粒的细度,大颗粒数目及颗粒分散程度,未提出滑石粉、碳酸钙和煅烧陶土等填料的技术指标。
4、该发明专利中的制备方法中未出现滤胶这道关键工序,且在收片时使用滑石粉作胶片隔离剂,对于中压乙丙绝缘料,易混入大颗粒杂质,构成隐患。
发明内容
本发明为了解决上述技术问题,提供了一种中压电缆用乙丙绝缘料。本发明通过严格选材,控制中压绝缘料中的颗粒大小、数目,具备优异的电气性能、极佳的热老化性能,适用于矿用中压电缆。
为实现上述发明目的,本发明采用如下的技术方案:
一种中压电缆用乙丙绝缘料,其特征在于:按重量计,材料的组成包括:
三元乙丙橡胶30~70份
乙丁橡胶30~70份
活性剂5~13份
交联剂2~5份
交联助剂1~3份
加工助剂2~8份
抗氧剂10~20份
偶联剂0.5~3份
塑化剂5~15份
补强剂10~35份
填料50~130份。
本发明所述的三元乙丙橡胶第三单体含量低于1%,门尼粘度[ML(1+4)125℃](125℃时的ML1+4)为15~60,乙烯含量范围在60%~80%之间。具有以下优点:
1、三元乙丙橡胶是乙烯、丙烯再加入第三单体而合成的橡胶弹性体,通常第三单体的加入是为引入双键以便使用传统的方法对乙丙橡胶进行硫化。第三单体的含量越高,乙丙的耐高温和耐电压能力会有所下降,本配方要求三元乙丙中第三单体的含量低于1%,就是为提高材料的耐电压能力。
2、门尼粘度[ML(1+4)125℃]为15~60的乙丙材料加工性能好。
3、中压绝缘材料要求材料的损耗因数小于0.005,三元乙丙中,乙烯含量为40%~60%时,损耗因数较乙烯含量为60%~80%要大,当乙烯含量大于80%,合成的乙丙材料就是硬质塑料,所以选取乙烯含量为60%~80%的三元乙丙橡胶做中压乙丙电缆料的绝缘。
本发明所述的乙丁橡胶是由乙烯、丁烯和第三单体聚合而成,第三单体含量低于0.3%,其乙烯含量在70%~85%之间。控制第三单体含量和乙烯含量主要也是基于提高材料耐电压性能和降低材料损耗因数。
本发明所述的活性剂为氧化锌和硬脂酸,其比例为4:3~10:1。硬脂酸作活性剂还附有润滑的作用,配以氧化锌的加入可产生协同效应。
本发明所述的塑化剂为偏苯三酸三辛酯(TOTM)。TOTM为耐久性和耐热性最好的增塑剂,中压电缆的使用时间一般比较长所以取耐热和耐久性最好的增塑材料。
本发明所述的补强剂为白炭黑,优先选用气相法白炭黑。由于气相法白炭黑的颗粒直径小于100nm,比表面积为100~400m2/g,颗粒直径越小,则补强效果越好。
本发明所述的填料为滑石粉或者碳酸钙中的任意一种与高岭土的组合。高岭土可保证材料的绝缘电阻,滑石粉和者碳酸钙的价格比高岭土低,可降低成本。
优选地,所述的滑石粉为橡胶级优等品,75μm试验筛筛余物质量分数≤0.1%。粒径越小,能保证材料混合更均匀,性能更佳。
优选地,所述的碳酸钙为活性碳酸钙,45μm试验筛筛余物质量分数≤0.2%,铁(Fe)质量分数<0.08%,锰(Mn)质量分数<0.006%,活化度质量分数≥96%。粒径越小,能保证材料混合更均匀,性能更佳。
优选地,高岭土为橡塑工业用煅烧优级高岭土,45μm试验筛筛余物质量分数≤3%,粒径<2μm的含量的质量分数≥80%。
本发明的有益效果在于:
1、本发明选用首次将三元乙丙橡胶和乙丁橡胶作为中压乙丙绝缘料的基料,两种橡胶相容性好,加工工艺性能优异。且乙丁橡胶的最大的优点是耐热老化性能好,单价比三元乙丙橡胶更便宜,在保证橡胶优异性能的同是地,节约了成本。
2、本发明在对三元乙丙橡胶和乙丁橡胶选材时,严格控制第三单体的含量,有效提高了材料的耐电压能力和绝缘能力,有效降低材料的损耗。
3、本发明选用气相法白炭黑作为补强剂,是由于气相法白炭黑的颗粒直径小于100nm,比表面积为100~400m2/g,颗粒直径越小,则补强效果越好。
4、本发明对填料的颗粒大小进行严格控制,选用粒度细,指标明确的碳酸钙、滑石粉以及煅烧高岭土作填料,杜绝了大颗粒杂质粒子的存在。由于在中压电缆的型式试验中,包括有局部放电,影响局部放电实验结果的主要因素材料的中的大颗粒成分,所以本发明对原材料的粒径进行非常严格的控制,且小颗粒的材料能分散的更均匀,材料的性能也更好。最终使材料具备优异的电气性能、极佳的热老化性能,适用于矿用中压电缆。
5、本发明选用氧化锌和硬脂酸作为活性剂,并控制比例为[4~10]:[1~3]。硬脂酸作活性剂还附有润滑的作用,配以氧化锌的加入可产生协同效应,保证了填料的均匀分散。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明的实质性内容作进一步详细的描述。
实施例1
一种中压电缆用乙丙绝缘料,按重量计,材料的组成包括:
三元乙丙橡胶30份
乙丁橡胶40份
活性剂5份
交联剂3份
交联助剂1份
加工助剂3份
抗氧剂10份
偶联剂0.6份
塑化剂5份
补强剂12份
填料50份。
实施例2
一种中压电缆用乙丙绝缘料,按重量计,材料的组成包括:
三元乙丙橡胶70份
乙丁橡胶65份
活性剂13份
交联剂4份
交联助剂3份
加工助剂7份
抗氧剂20份
偶联剂2.6份
塑化剂15份
补强剂30份
填料130份。
实施例3
一种中压电缆用乙丙绝缘料,按重量计,材料的组成包括:
三元乙丙橡胶35份
乙丁橡胶30份
活性剂6份
交联剂2份
交联助剂1.5份
加工助剂3份
抗氧剂12份
偶联剂0.5份
塑化剂6份
补强剂10份
填料55份。
本发明所述的交联剂为过氧化二异丙苯(DCP)或二-过氧化叔丁基二异丙苯(BIBP)或二者的组合。
本发明所述的交联助剂为三烯丙基异氰尿酸酯(TAIC)或三聚氰酸三烯丙酯(TAC)或二者的组合。
本发明所述的加工助剂为固体石蜡。
本发明所述的抗氧剂为四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯(抗氧剂1010)或4,4'-硫代双(6-叔丁基-3-甲基苯酚)(抗氧剂300)或XH-3或三者的任意组合。
本发明所述的偶联剂为乙烯基三乙酰氧基硅烷(A-151)或乙烯基三甲氧基硅烷(A-171)或乙烯基三(甲氧基乙氧基)硅烷(A-172)或三者的任意组合。
实施例4
一种中压电缆用乙丙绝缘料,按重量计,材料的组成包括:
三元乙丙橡胶65份
乙丁橡胶70份
活性剂12份
交联剂5份
交联助剂2.5份
加工助剂8份
抗氧剂18份
偶联剂3份
塑化剂12份
补强剂35份
填料120份。
本发明所述的交联剂为过氧化二异丙苯(DCP)或二-过氧化叔丁基二异丙苯(BIBP)或二者的组合。
本发明所述的交联助剂为三烯丙基异氰尿酸酯(TAIC)或三聚氰酸三烯丙酯(TAC)或二者的组合。
本发明所述的加工助剂为固体石蜡。
本发明所述的抗氧剂为四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯(抗氧剂1010)或4,4'-硫代双(6-叔丁基-3-甲基苯酚)(抗氧剂300)或XH-3或三者的任意组合。
本发明所述的偶联剂为乙烯基三乙酰氧基硅烷(A-151)或乙烯基三甲氧基硅烷(A-171)或乙烯基三(甲氧基乙氧基)硅烷(A-172)或三者的任意组合。
实施例5
一种中压电缆用乙丙绝缘料,按重量计,材料的组成包括:
三元乙丙橡胶50份
乙丁橡胶50份
活性剂9份
交联剂3.5份
交联助剂2份
加工助剂5份
抗氧剂15份
偶联剂1.7份
塑化剂10份
补强剂22份
填料90份。
本发明所述的交联剂为过氧化二异丙苯(DCP)或二-过氧化叔丁基二异丙苯(BIBP)或二者的组合。
本发明所述的交联助剂为三烯丙基异氰尿酸酯(TAIC)或三聚氰酸三烯丙酯(TAC)或二者的组合。
本发明所述的加工助剂为固体石蜡。
本发明所述的抗氧剂为四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯(抗氧剂1010)或4,4'-硫代双(6-叔丁基-3-甲基苯酚)(抗氧剂300)或XH-3或三者的任意组合。
本发明所述的偶联剂为乙烯基三乙酰氧基硅烷(A-151)或乙烯基三甲氧基硅烷(A-171)或乙烯基三(甲氧基乙氧基)硅烷(A-172)或三者的任意组合。
实施例6
一种中压电缆用乙丙绝缘料,按重量计,材料的组成包括:
三元乙丙橡胶45份
乙丁橡胶55份
活性剂10份
交联剂2.5份
交联助剂2.5份
加工助剂6份
抗氧剂16份
偶联剂2份
塑化剂12份
补强剂20份
填料100份。
本发明所述的交联剂为过氧化二异丙苯(DCP)或二-过氧化叔丁基二异丙苯(BIBP)或二者的组合。
本发明所述的交联助剂为三烯丙基异氰尿酸酯(TAIC)或三聚氰酸三烯丙酯(TAC)或二者的组合。
本发明所述的加工助剂为固体石蜡。
本发明所述的抗氧剂为四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯(抗氧剂1010)或4,4'-硫代双(6-叔丁基-3-甲基苯酚)(抗氧剂300)或XH-3或三者的任意组合。
本发明所述的偶联剂为乙烯基三乙酰氧基硅烷(A-151)或乙烯基三甲氧基硅烷(A-171)或乙烯基三(甲氧基乙氧基)硅烷(A-172)或三者的任意组合。
实施例7
一种中压电缆用乙丙绝缘料,按重量计,材料的组成包括:
三元乙丙橡胶50份
乙丁橡胶50份
氧化锌8份
硬脂酸2份
过氧化物二异丙苯3份
三烯丙基异氰尿酸酯1份
固体石蜡4份
四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯6份
XH-36份
乙烯基三(甲氧基乙氧基)硅烷1.5份
偏苯三酸三辛酯12份
白炭黑20份
滑石粉26.5份
活性碳酸钙20份
煅烧优级高岭土40份。
实施例8
一种中压电缆用乙丙绝缘料,按重量计,材料的组成包括:
三元乙丙橡胶60份
乙丁橡胶40份
氧化锌8份
硬脂酸2份
二-过氧化叔丁基二异丙苯3份
三聚氰酸三烯丙酯1份
固体石蜡4份
4,4'-硫代双(6-叔丁基-3-甲基苯酚)6份
XH-36份
乙烯基三(甲氧基乙氧基)硅烷0.5份
乙烯基三乙酰氧基硅烷1份
偏苯三酸三辛酯12份
白炭黑20份
滑石粉30份
活性碳酸钙26.5份
煅烧优级高岭土30份。
实施例9
一种中压电缆用乙丙绝缘料,按重量计,材料的组成包括:
三元乙丙橡胶40份
乙丁橡胶60份
氧化锌8份
硬脂酸2份
过氧化物二异丙苯3份
三聚氰酸三烯丙酯1份
固体石蜡4份
4,4'-硫代双(6-叔丁基-3-甲基苯酚)6份
四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯6份
乙烯基三(甲氧基乙氧基)硅烷1.5份
偏苯三酸三辛酯12份
白炭黑20份
滑石粉20份
活性碳酸钙21.5份
煅烧优级高岭土45份。
实施例10
下表为实施例7—9所得材料检测数据:
r化条件:180℃老化7天。
实施例11
本实施例的实施方式与实施例5基本相同,在此基础上:
所述的三元乙丙橡胶第三单体含量低于1%,门尼粘度[ML(1+4)125℃]为15,乙烯含量为60%。
实施例12
本实施例的实施方式与实施例5基本相同,在此基础上:
所述的三元乙丙橡胶第三单体含量低于1%,门尼粘度[ML(1+4)125℃]为60,乙烯含量为80%。
所述的乙丁橡胶由乙烯、丁烯和第三单体聚合而成,第三单体含量低于0.3%,乙烯含量为70%。
实施例13
本实施例的实施方式与实施例5基本相同,在此基础上:
所述的三元乙丙橡胶第三单体含量低于1%,门尼粘度[ML(1+4)125℃]为50,乙烯含量为70%。
所述的乙丁橡胶由乙烯、丁烯和第三单体聚合而成,第三单体含量低于0.3%,乙烯含量为85%。
所述的活性剂为氧化锌和硬脂酸,其比例为4:1。
实施例14
本实施例的实施方式与实施例5基本相同,在此基础上:
所述的三元乙丙橡胶第三单体含量低于1%,门尼粘度[ML(1+4)125℃]为25,乙烯含量为65%。
所述的乙丁橡胶由乙烯、丁烯和第三单体聚合而成,第三单体含量低于0.3%,乙烯含量为80%。
所述的活性剂为氧化锌和硬脂酸,其比例为4:3。
所述的塑化剂为偏苯三酸三辛酯。
实施例15
本实施例的实施方式与实施例5基本相同,在此基础上:
所述的三元乙丙橡胶第三单体含量低于1%,门尼粘度[ML(1+4)125℃]为30,乙烯含量为75%。
所述的乙丁橡胶由乙烯、丁烯和第三单体聚合而成,第三单体含量低于0.3%,乙烯含量为75%。
所述的活性剂为氧化锌和硬脂酸,其比例为10:1。
所述的塑化剂为偏苯三酸三辛酯。
所述的补强剂为气相法白炭黑。
实施例16
本实施例的实施方式与实施例5基本相同,在此基础上:
所述的三元乙丙橡胶第三单体含量低于1%,门尼粘度[ML(1+4)125℃]为55,乙烯含量为68%。
所述的乙丁橡胶由乙烯、丁烯和第三单体聚合而成,第三单体含量低于0.3%,乙烯含量为78%。
所述的活性剂为氧化锌和硬脂酸,其比例为5:2。
所述的塑化剂为偏苯三酸三辛酯。
所述的补强剂为气相法白炭黑。
所述的填料为滑石粉与高岭土的组合。
滑石粉为橡胶级优等品,75μm试验筛筛余物质量分数≤0.1%。
高岭土为橡塑工业用煅烧优级高岭土,45μm试验筛筛余物质量分数≤3%,粒径<2μm的含量为质量分数≥80%。
实施例17
本实施例的实施方式与实施例6基本相同,在此基础上:
所述的三元乙丙橡胶第三单体含量低于1%,门尼粘度[ML(1+4)125℃]为45,乙烯含量为72%。
所述的乙丁橡胶由乙烯、丁烯和第三单体聚合而成,第三单体含量低于0.3%,乙烯含量为72%。
所述的活性剂为氧化锌和硬脂酸,其比例为6:2。
所述的塑化剂为偏苯三酸三辛酯。
所述的补强剂为气相法白炭黑。
所述的填料为滑石粉与高岭土的组合。
滑石粉为橡胶级优等品,75μm试验筛筛余物质量分数≤0.1%。
高岭土为橡塑工业用煅烧优级高岭土,45μm试验筛筛余物质量分数≤3%,粒径<2μm的含量为质量分数≥80%。
实施例18
本实施例的实施方式与实施例5基本相同,在此基础上:
所述的三元乙丙橡胶第三单体含量低于1%,门尼粘度[ML(1+4)125℃]为26,乙烯含量为68%。
所述的乙丁橡胶由乙烯、丁烯和第三单体聚合而成,第三单体含量低于0.3%,乙烯含量为76%。
所述的活性剂为氧化锌和硬脂酸,其比例为7:1。
所述的塑化剂为偏苯三酸三辛酯。
所述的补强剂为气相法白炭黑。
所述的填料为碳酸钙与高岭土的组合。
所述的碳酸钙为活性碳酸钙,45μm试验筛筛余物质量分数≤0.2%,铁质量分数<0.08%,锰质量分数<0.006%,活化度质量分数≥96%。
高岭土为橡塑工业用煅烧优级高岭土,45μm试验筛筛余物质量分数≤3%,粒径<2μm的含量为质量分数≥80%。
实施例19
本实施例的实施方式与实施例6基本相同,在此基础上:
所述的三元乙丙橡胶第三单体含量低于1%,门尼粘度[ML(1+4)125℃]为58,乙烯含量为66%。
所述的乙丁橡胶由乙烯、丁烯和第三单体聚合而成,第三单体含量低于0.3%,乙烯含量为82%。
所述的活性剂为氧化锌和硬脂酸,其比例为8:3。
所述的塑化剂为偏苯三酸三辛酯。
所述的补强剂为气相法白炭黑。
所述的填料为碳酸钙与高岭土的组合。
所述的碳酸钙为活性碳酸钙,45μm试验筛筛余物质量分数≤0.2%,铁质量分数<0.08%,锰质量分数<0.006%,活化度质量分数≥96%。
高岭土为橡塑工业用煅烧优级高岭土,45μm试验筛筛余物质量分数≤3%,粒径<2μm的含量为质量分数≥80%。
实施例20
本实施例的实施方式与实施例7—9基本相同,在此基础上:
所述的滑石粉为橡胶级优等品,75μm试验筛筛余物质量分数≤0.1%。
所述的碳酸钙为活性碳酸钙,45μm试验筛筛余物质量分数≤0.2%,铁质量分数<0.08%,锰质量分数<0.006%,活化度质量分数≥96%。
所述的高岭土为橡塑工业用煅烧优级高岭土,45μm试验筛筛余物质量分数≤3%,粒径<2μm的含量为质量分数≥80%。
实施例21
本发明实施例7的制备方法如下
(1)称料:按照配方比例分别称取胶料、大料、小料和液体料。
(2)混料:
①将所述三元乙丙橡胶50份和乙丁橡胶50份投入密炼机中混炼在80℃~100℃下混炼2~3min,混炼均匀;
②然后向所述密炼机投入氧化锌8份和硬脂酸2份,超细滑石粉26.5份、活性碳酸钙20份和煅烧优级高岭土40份,混炼3min,混炼均匀。
③向所述密炼机中投入石蜡4份、四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯6份、XH-36份、乙烯基三(甲氧基乙氧基)硅烷1.5份、偏苯三酸三辛酯12份、白炭黑20份,混炼3min,混炼均匀。
④接着向所述密炼机投入过氧化物二异丙苯3份和三烯丙基异氰尿酸酯1份,混炼55s~65s。然后密炼机下胶。
⑤将所述胶料在三辊碾页机上翻练3min,经滤胶机滤胶,过滤网至少三层,外层为20目金属网,内层为60~80目,最内层为150~200目金属网,滤胶温度控制在80~100℃。
⑥将所述已滤好的胶料在开炼机上翻练,薄通2~3次,下胶至另一开炼机翻练,出胶成厚度为3±0.5mm的胶片,经特殊配置的隔离膏水溶液,再经强制风冷,并去除多余的水分,收胶,包装待用。

Claims (8)

1.一种中压电缆用乙丙绝缘料,其特征在于:按重量计,材料的组成包括:
三元乙丙橡胶30~70份
乙丁橡胶30~70份
活性剂5~13份
交联剂2~5份
交联助剂1~3份
加工助剂2~8份
抗氧剂10~20份
偶联剂0.5~3份
塑化剂5~15份
补强剂10~35份
填料50~130份;
所述的三元乙丙橡胶第三单体含量低于1%,乙烯含量为60%~80%;在125℃下,预热1分钟,转动4分钟的条件下,三元乙丙橡胶的门尼粘度为15~60;
所述的乙丁橡胶由乙烯、丁烯和第三单体聚合而成,第三单体含量低于0.3%,乙烯含量为70%~85%。
2.根据权利要求1所述的一种中压电缆用乙丙绝缘料,其特征在于:所述的活性剂为氧化锌和硬脂酸,其比例为4:3~10:1。
3.根据权利要求1所述的一种中压电缆用乙丙绝缘料,其特征在于:所述的塑化剂为偏苯三酸三辛酯。
4.根据权利要求1所述的一种中压电缆用乙丙绝缘料,其特征在于:所述的补强剂为气相法白炭黑。
5.根据权利要求1所述的一种中压电缆用乙丙绝缘料,其特征在于:所述的填料为滑石粉或者碳酸钙中的任意一种或者两种与高岭土的组合。
6.根据权利要求5所述的一种中压电缆用乙丙绝缘料,其特征在于:所述的滑石粉为橡胶级优等品,75μm试验筛筛余物质量分数≤0.1%。
7.根据权利要求5所述的一种中压电缆用乙丙绝缘料,其特征在于:所述的碳酸钙为活性碳酸钙,45μm试验筛筛余物质量分数≤0.2%,铁质量分数<0.08%,锰质量分数<0.006%,活化度质量分数≥96%。
8.根据权利要求5所述的一种中压电缆用乙丙绝缘料,其特征在于:高岭土为橡塑工业用煅烧优级高岭土,45μm试验筛筛余物质量分数≤3%,粒径<2μm的含量为质量分数≥80%。
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