CN107434879A - 一种防潮型pp/abs导热绝缘纳米复合材料及其制备方法 - Google Patents

一种防潮型pp/abs导热绝缘纳米复合材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于功能性高分子材料领域，具体涉及一种防潮型PP/ABS导热绝缘纳米复合材料及其制备方法。所述防潮型PP/ABS导热绝缘纳米复合材料的各组分及质量配比如下：聚丙烯：10～70份；丙烯腈‑丁二烯‑苯乙烯共聚物：10～50份；马来酸苷接枝聚丙烯：5～10；纳米三氧化二铝：3～50份；云母：5～50份；高导热填料5～15份；偶联剂0.01～3份；抗氧剂0.01～3份。本发明通过吹膜工艺制备得到的防潮型PP/ABS导热绝缘纳米复合材料具有优良的导热性能与绝缘性能，热导率为0.5～3.0W/m·k，介电强度为200～400kV/mm。

Description

一种防潮型PP/ABS导热绝缘纳米复合材料及其制备方法
技术领域
本发明属于功能性高分子材料领域，具体涉及一种防潮型PP/ABS导热绝缘纳米复合材料及其制备方法。
背景技术
随着科学技术的不断发展，导热材料领域已不局限于对导热性能的研究，而希望开发出具有低密度、易加工成型、抗冲击、耐化学腐蚀、热疲劳性能优异、优良电绝缘性能及化学稳定性等优良综合性能的新型导热材料，以满足特殊环境下绝缘导热使用要求，如电气设备、家用电器、汽车配件、化工设备和通信设备等领域广泛使用的配电箱、弱电箱、电气开关、插头等产品的基材。此类设备在使用过程中所产生的热量会不断累积增加，为了设备能正常可靠的工作就要求基材具有优良的导热与绝缘性能，因此亟需一种可靠性高、导热性好的新型导热绝缘高分子复合材料替代传统材料。
高分子导热材料热导率很小，要拓展其在导热领域的应用，提高导热性能是关键。用高导热无机物充填改性高分子可制备导热绝缘复合材料，具有较高的热导率，且价格低廉、易加工成型，经过适当工艺处理可以应特殊领域。对填充型导热绝缘高分子，热导率取决于高分子和导热填料协同作用。填料量较小时，填料虽均匀分散于树脂中，但彼此间未能形成相互接触和相互作用，热导性很难提高；填料用量提高到某一临界值时，填料间形成接触和相互作用，体系内形成了类似网状或链状结构形态，即形成导热网链。当导热网链的取向与热流方向一致时，材料导热性能提高很快；体系中在热流方向上未形成导热网链时，会造成热流方向上热阻很大，导致材料导热性能很差。因此，为获得高导热高分子材料，在体系内部最大程度上形成热流方向上的导热网链，有效地强化传热是提高材料热导率的核心所在。
发明内容
基于以上现有技术的不足，本发明所解决的技术问题在于提供一种处理效果好的防潮型PP/ABS导热绝缘纳米复合材料及其制备方法，该防潮型PP/ABS导热绝缘纳米复合材料及其制备方法能有效的对含有化学成分的废气进行合理利用，并达到安全排放的标准。
为了解决上述技术问题，本发明提供一种防潮型PP/ABS导热绝缘纳米复合材料，各组分及质量配比如下：聚丙烯(PP)10～70份；丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)10～50份；马来酸苷接枝聚丙烯(PP-g-MAH)5～10；纳米三氧化二铝(nano-Al2O3)3～50份；云母5～50份。
作为上述技术方案的优选，本发明提供的防潮型PP/ABS导热绝缘纳米复合材料及其制备方法进一步包括下列技术特征的部分或全部：
作为上述技术方案的改进，所述纳米三氧化二铝粒径为20～500nm，热导率为25～40W/m·k，介电强度为200～400kV/mm。
作为上述技术方案的改进，所述云母为绢云母、白云母、金云母、黑云母和锂云母中的一种或几种的混合云母，粒径为10～100μm，热导率为0.40～0.75W/m·k，介电强度为100～400kV/mm。
作为上述技术方案的改进，所述防潮型PP/ABS导热绝缘纳米复合材料还包括如下组分：高导热填料5～15份，偶联剂0.01～3份，抗氧剂0.01～3份。
作为上述技术方案的改进，所述高导热填料为氧化铍(BeO)、氮化铝(AlN)、氮化硼(BN)和碳化硅(SiC)中的一种或几种的混合高导热填料，粒径为10～100μm，热导率为80～300W/m·k。
作为上述技术方案的改进，所述偶联剂为硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂和锆酸酯偶联剂中的一种或几种的混合偶联剂。
作为上述技术方案的改进，所述抗氧剂为抗氧剂1076、抗氧剂CA、抗氧剂164、抗氧剂DNP、抗氧剂DLTP、抗氧剂TNP、抗氧剂TTP和抗氧剂264中的一种或几种的混合偶联剂。
如上所述的任一种防潮型PP/ABS导热绝缘纳米复合材料的制备方法，包括如下步骤：
步骤一、预处理；分别将纳米三氧化二铝、云母和高导热填料80℃下真空干燥8～12h，混合均匀得到共混填料，使用偶联剂对共混填料进行处理，将处理后的共混填料80～120℃下真空干燥3～4h；分别将聚丙烯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物和马来酸苷接枝聚丙烯在90℃下干燥8～12h，利用高速混合机将聚丙烯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物和干燥后的共混填料混合均匀得到混合原料；
步骤二、制备；将步骤一制得的混合原料加入双螺杆挤出机中挤出造粒即得所述防潮型PP/ABS导热绝缘纳米复合材料。
作为上述技术方案的优选，本发明提供的防潮型PP/ABS导热绝缘纳米复合材料及其制备方法进一步包括下列技术特征的部分或全部：
作为上述技术方案的改进，所述步骤二中，设定双螺杆挤出机加料段、压缩段、熔融段、均化段和计量段温度分别为120～140℃、160～180℃、180～220℃、180～200℃和160～180℃，设定模头温度160～180℃，经水槽冷却切粒即得防潮型PP/ABS导热绝缘纳米复合材料成品。
本发明通过吹膜工艺制备得到的防潮型PP/ABS导热绝缘纳米复合材料具有优良的导热性能与绝缘性能，热导率为1.0～3.0W/m·k，介电强度为200～400kV/mm。
与现有技术相比，本发明的技术方案具有如下有益效果：(1)本发明所述防潮型PP/ABS导热绝缘纳米复合材料具有优良的导热性能与绝缘性能，不仅在电场条件下表现出良好的绝缘性能，可适用于电气设备、家用电器、汽车配件、化工设备和通信设备等领域绝缘材料的制备，而且在热场条件下表现出优异的导热性能，可适用于可设备外壳、加热护套、散热与导热元件等领域导热，兼顾绝缘与导热性能，能保持材料性能长期稳定与可靠，所述防潮型PP/ABS导热绝缘纳米复合材料的热导率为1.0～3.0W/m·k，介电强度为200～400kV/mm；(2)本发明所述防潮型PP/ABS导热绝缘纳米复合材料适合作为配电箱、弱电箱、电气开关、插头等产品的基材，也可作为散热器、导热板、加热护套等强热场作用条件下设备元件的基材，适用范围广泛，具有突出的应用价值与良好的社会效益。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下结合优选实施例，详细说明如下。
具体实施方式
下面详细说明本发明的具体实施方式，其作为本说明书的一部分，通过实施例来说明本发明的原理，本发明的其他方面、特征及其优点通过该详细说明将会变得一目了然。
本发明的一种防潮型PP/ABS导热绝缘纳米复合材料组分及质量配比如下：
PP：10～70份；
ABS：10～50份；
PP-g-MAH：5～10；
Nano-Al2O3：3～50份；
云母：5～50份；
高导热填料5～15份；
偶联剂0.01～3份；
抗氧剂0.01～3份。
所述nano-Al2O3粒径为20～500nm，热导率为25～40W/m·k，介电强度为200～400kV/mm。
所述云母为绢云母、白云母、金云母、黑云母和锂云母中的一种或几种的混合云母，粒径为10～100μm，热导率为0.40～0.75W/m·k，介电强度为100～400kV/mm。
所述防潮型PP/ABS导热绝缘纳米复合材料还包括如下组分：高导热填料5～15份，偶联剂0.01～3份，抗氧剂0.01～3份。
所述高导热填料为BeO、AlN、BN和SiC中的一种或几种的混合高导热填料，粒径为10～100μm，热导率为80～300W/m·k。
所述偶联剂为硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂和锆酸酯偶联剂中的一种或几种的混合偶联剂。
所述抗氧剂为抗氧剂1076、抗氧剂CA、抗氧剂164、抗氧剂DNP、抗氧剂DLTP、抗氧剂TNP、抗氧剂TTP和抗氧剂264中的一种或几种的混合偶联剂。
所述防潮型PP/ABS导热绝缘纳米复合材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)预处理：分别将nano-Al2O3、云母和高导热填料80℃下真空干燥8～12h，利用高速混合机混合均匀得到共混填料，使用偶联剂对共混填料进行处理，将共混物干燥3～4h；分别将PP、ABS和PP-g-MAH在90℃下干燥8～12h，利用高速混合机将PP、ABS和共混填料混合均匀得到混合原料。
(2)制备：将混合原料加入双螺杆挤出机加料斗，设定双螺杆挤出机加料段、压缩段、熔融段、均化段和计量段温度分别为120～140℃、160～180℃、180～220℃、180～200℃和160～180℃，设定模头温度160～180℃，经水槽冷却切粒即得防潮型PP/ABS导热绝缘纳米复合材料成品。
实施例1
一种防潮型PP/ABS导热绝缘纳米复合材料，通过如下方法制备得到：
(1)按各组分质量配比：nano-Al2O3：5份，云母：5份，在80℃条件下分别真空干燥8h，利用高速混合机混合均匀得到共混填料，使用硅烷偶联剂0.1份对共混填料进行处理，将共混物干燥3h；按各组分质量配比：PP：65份，ABS：20份，PP-g-MAH：5份，抗氧剂1076：0.5份，在90℃条件下分别干燥12h，利用高速混合机混合均匀得到混合原料。
(2)将混合原料加入双螺杆挤出机加料斗，设定双螺杆挤出机加料段、压缩段、熔融段、均化段和计量段温度分别为120℃、160℃、200℃、180℃和160℃，设定模头温度160℃，经水槽冷却切粒即得防潮型PP/ABS导热绝缘纳米复合材料成品。
本实施例制备得到的防潮型PP/ABS导热绝缘纳米复合材料经测试，热导率为0.5W/m·k，介电强度为200kV/mm，拉伸强度为49MPa，冲击强度5.5KJ/m2。
实施例2
一种防潮型PP/ABS导热绝缘纳米复合材料，通过如下方法制备得到：
(1)按各组分质量配比：nano-Al2O3：3份，云母：5份，BeO：2份，在80℃条件下分别真空干燥8h，利用高速混合机混合均匀得到共混填料，使用硅烷偶联剂0.2份对共混填料进行处理，将共混物干燥3h；按各组分质量配比：PP：40份，ABS：40份，PP-g-MAH：10份，抗氧剂CA：0.5份，在90℃条件下分别干燥12h，利用高速混合机混合均匀得到混合原料。
(2)将混合原料加入双螺杆挤出机加料斗，设定双螺杆挤出机加料段、压缩段、熔融段、均化段和计量段温度分别为120℃、160℃、200℃、180℃和160℃，设定模头温度160℃，经水槽冷却切粒即得防潮型PP/ABS导热绝缘纳米复合材料成品。
本实施例制备得到的防潮型PP/ABS导热绝缘纳米复合材料经测试，热导率为0.9W/m·k，介电强度为200kV/mm，拉伸强度为48MPa，冲击强度5KJ/m2。
实施例3
一种防潮型PP/ABS导热绝缘纳米复合材料，通过如下方法制备得到：
(1)按各组分质量配比：nano-Al2O3：15份，云母：15份，在80℃条件下分别真空干燥8h，利用高速混合机混合均匀得到共混填料，使用钛酸酯偶联剂0.9份对共混填料进行处理，将共混物干燥3h；按各组分质量配比：PP：45份，ABS：20份，PP-g-MAH：5份，抗氧剂164：0.5份，在90℃条件下分别干燥12h，利用高速混合机混合均匀得到混合原料。
(2)将混合原料加入双螺杆挤出机加料斗，设定双螺杆挤出机加料段、压缩段、熔融段、均化段和计量段温度分别为140℃、160℃、200℃、180℃和160℃，设定模头温度160℃，经水槽冷却切粒即得防潮型PP/ABS导热绝缘纳米复合材料成品。
本实施例制备得到的防潮型PP/ABS导热绝缘纳米复合材料经测试，热导率为1.0W/m·k，介电强度为250kV/mm，拉伸强度为41MPa，冲击强度7.4KJ/m2。
实施例4
一种防潮型PP/ABS导热绝缘纳米复合材料，通过如下方法制备得到：
(1)按各组分质量配比：nano-Al2O3：10份，云母：15份，AlN：5份，在80℃条件下分别真空干燥8h，利用高速混合机混合均匀得到共混填料，使用钛酸酯偶联剂1.2份对共混填料进行处理，将共混物干燥3h；按各组分质量配比：PP：30份，ABS：30份，PP-g-MAH：10份，抗氧剂264：0.5份，在90℃条件下分别干燥12h，利用高速混合机混合均匀得到混合原料。
(2)将混合原料加入双螺杆挤出机加料斗，设定双螺杆挤出机加料段、压缩段、熔融段、均化段和计量段温度分别为140℃、160℃、200℃、180℃和160℃，设定模头温度160℃，经水槽冷却切粒即得防潮型PP/ABS导热绝缘纳米复合材料成品。
本实施例制备得到的防潮型PP/ABS导热绝缘纳米复合材料经测试，热导率为1.1W/m·k，介电强度为250kV/mm，拉伸强度为41MPa，冲击强度7.7KJ/m2。
实施例5
一种防潮型PP/ABS导热绝缘纳米复合材料，通过如下方法制备得到：
(1)按各组分质量配比：nano-Al2O3：25份，云母：25份，在80℃条件下分别真空干燥12h，利用高速混合机混合均匀得到共混填料，使用铝酸酯偶联剂2份对共混填料进行处理，将共混物干燥4h；按各组分质量配比：PP：25份，ABS：20份，PP-g-MAH：5份，抗氧剂TNP：0.5份，在90℃条件下分别干燥12h，利用高速混合机混合均匀得到混合原料。
(2)将混合原料加入双螺杆挤出机加料斗，设定双螺杆挤出机加料段、压缩段、熔融段、均化段和计量段温度分别为140℃、180℃、210℃、190℃和180℃，设定模头温度160℃，经水槽冷却切粒即得防潮型PP/ABS导热绝缘纳米复合材料成品。
本实施例制备得到的防潮型PP/ABS导热绝缘纳米复合材料经测试，热导率为1.8W/m·k，介电强度为300kV/mm，拉伸强度为39MPa，冲击强度10KJ/m2。
实施例6
一种防潮型PP/ABS导热绝缘纳米复合材料，通过如下方法制备得到：
(1)按各组分质量配比：nano-Al2O3：15份，云母：25份，BN：10份，在80℃条件下分别真空干燥12h，利用高速混合机混合均匀得到共混填料，使用铝酸酯偶联剂0.5份对共混填料进行处理，将共混物干燥4h；按各组分质量配比：PP：25份，ABS：20份，PP-g-MAH：5份，抗氧剂DLTP：0.05份，在90℃条件下分别干燥12h，利用高速混合机混合均匀得到混合原料。
(2)将混合原料加入双螺杆挤出机加料斗，设定双螺杆挤出机加料段、压缩段、熔融段、均化段和计量段温度分别为140℃、180℃、210℃、190℃和180℃，设定模头温度160℃，经水槽冷却切粒即得防潮型PP/ABS导热绝缘纳米复合材料成品。
本实施例制备得到的防潮型PP/ABS导热绝缘纳米复合材料经测试，热导率为2.0W/m·k，介电强度为300kV/mm，拉伸强度为36MPa，冲击强度11KJ/m2。
实施例7
一种防潮型PP/ABS导热绝缘纳米复合材料，通过如下方法制备得到：
(1)按各组分质量配比：nano-Al2O3：50份，云母：20份，在80℃条件下分别真空干燥12h，利用高速混合机混合均匀得到共混填料，使用锆酸酯偶联剂1.5份对共混填料进行处理，将共混物干燥4h；按各组分质量配比：PP：15份，ABS：10份，PP-g-MAH：5份，抗氧剂DNP：1份，在90℃条件下分别干燥8h，利用高速混合机混合均匀得到混合原料。
(2)将混合原料加入双螺杆挤出机加料斗，设定双螺杆挤出机加料段、压缩段、熔融段、均化段和计量段温度分别为140℃、180℃、220℃、200℃和180℃，设定模头温度180℃，经水槽冷却切粒即得防潮型PP/ABS导热绝缘纳米复合材料成品。
本实施例制备得到的防潮型PP/ABS导热绝缘纳米复合材料经测试，热导率为2.7W/m·k，介电强度为400kV/mm，拉伸强度为26MPa，冲击强度13KJ/m2。
实施例8
一种防潮型PP/ABS导热绝缘纳米复合材料，通过如下方法制备得到：
(1)按各组分质量配比：nano-Al2O3：35份，云母：35份，在80℃条件下分别真空干燥12h，利用高速混合机混合均匀得到共混填料，使用锆酸酯偶联剂2份对共混填料进行处理，将共混物干燥4h；按各组分质量配比：PP：15份，ABS：10份，PP-g-MAH：5份，抗氧剂164：0.01份，在90℃条件下分别干燥8h，利用高速混合机混合均匀得到混合原料。
(2)将混合原料加入双螺杆挤出机加料斗，设定双螺杆挤出机加料段、压缩段、熔融段、均化段和计量段温度分别为140℃、180℃、220℃、200℃和180℃，设定模头温度180℃，经水槽冷却切粒即得防潮型PP/ABS导热绝缘纳米复合材料成品。
本实施例制备得到的防潮型PP/ABS导热绝缘纳米复合材料经测试，热导率为2.1W/m·k，介电强度为400kV/mm，拉伸强度为25MPa，冲击强度12.5KJ/m2。
实施例9
一种防潮型PP/ABS导热绝缘纳米复合材料，通过如下方法制备得到：
(1)按各组分质量配比：nano-Al2O3：20份，云母：35份，SiC：5份，BN：10份，在80℃条件下分别真空干燥12h，利用高速混合机混合均匀得到共混填料，使用钛酸酯偶联剂1份，铝酸酯偶联剂1.5份对共混填料进行处理，将共混物干燥4h；按各组分质量配比：PP：15份，ABS：10份，PP-g-MAH：10份，抗氧剂CA：0.2份，在90℃条件下分别干燥8h，利用高速混合机混合均匀得到混合原料。
(2)将混合原料加入双螺杆挤出机加料斗，设定双螺杆挤出机加料段、压缩段、熔融段、均化段和计量段温度分别为140℃、180℃、220℃、200℃和180℃，设定模头温度180℃，经水槽冷却切粒即得防潮型PP/ABS导热绝缘纳米复合材料成品。
本实施例制备得到的防潮型PP/ABS导热绝缘纳米复合材料经测试，热导率为3.0W/m·k，介电强度为400kV/mm，拉伸强度为24MPa，冲击强度14KJ/m2。
实施例10
一种防潮型PP/ABS导热绝缘纳米复合材料，通过如下方法制备得到：
(1)按各组分质量配比：nano-Al2O3：20份，云母：50份，在80℃条件下分别真空干燥12h，利用高速混合机混合均匀得到共混填料，使用硅烷偶联剂1份，铝酸酯偶联剂2份对共混填料进行处理，将共混物干燥4h；按各组分质量配比：PP：10份，ABS：15份，PP-g-MAH：10份，抗氧剂TTP：3份，在90℃条件下分别干燥8h，利用高速混合机混合均匀得到混合原料。
(2)将混合原料加入双螺杆挤出机加料斗，设定双螺杆挤出机加料段、压缩段、熔融段、均化段和计量段温度分别为140℃、180℃、220℃、200℃和180℃，设定模头温度180℃，经水槽冷却切粒即得防潮型PP/ABS导热绝缘纳米复合材料成品。
本实施例制备得到的防潮型PP/ABS导热绝缘纳米复合材料经测试，热导率为2.4W/m·k，介电强度为400kV/mm，拉伸强度为26MPa，冲击强度14.5KJ/m2。
本发明所列举的各原料，以及本发明各原料的上下限、区间取值，以及工艺参数(如温度、时间等)的上下限、区间取值都能实现本发明，在此不一一列举实施例。
以上所述是本发明的优选实施方式而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和变动，这些改进和变动也视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种防潮型PP/ABS导热绝缘纳米复合材料，其特征在于各组分及质量配比如下：聚丙烯10～70份；丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物10～50份；马来酸苷接枝聚丙烯5～10；纳米三氧化二铝3～50份；云母5～50份。
2.如权利要求1所述的防潮型PP/ABS导热绝缘纳米复合材料，其特征在于：所述纳米三氧化二铝粒径为20～500nm，热导率为25～40W/m·k，介电强度为200～400kV/mm。
3.如权利要求1所述的防潮型PP/ABS导热绝缘纳米复合材料，其特征在于：所述云母为绢云母、白云母、金云母、黑云母和锂云母中的一种或几种的混合云母，粒径为10～100μm，热导率为0.40～0.75W/m·k，介电强度为100～400kV/mm。
4.如权利要求1所述的防潮型PP/ABS导热绝缘纳米复合材料，其特征在于：所述防潮型PP/ABS导热绝缘纳米复合材料还包括如下质量配比的组分：高导热填料5～15份，偶联剂0.01～3份，抗氧剂0.01～3份。
5.如权利要求4所述的防潮型PP/ABS导热绝缘纳米复合材料，其特征在于：所述高导热填料为氧化铍、氮化铝、氮化硼和碳化硅中的一种或几种的混合高导热填料，粒径为10～100μm，热导率为80～300W/m·k。
6.如权利要求4所述的防潮型PP/ABS导热绝缘纳米复合材料，其特征在于：所述偶联剂为硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂和锆酸酯偶联剂中的一种或几种的混合。
7.如权利要求4所述的防潮型PP/ABS导热绝缘纳米复合材料，其特征在于：所述抗氧剂为抗氧剂1076、抗氧剂CA、抗氧剂164、抗氧剂DNP、抗氧剂DLTP、抗氧剂TNP、抗氧剂TTP和抗氧剂264中的一种或几种的混合。
8.如权利要求1～8所述的任一种防潮型PP/ABS导热绝缘纳米复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一、预处理；分别将纳米三氧化二铝、云母和高导热填料80℃下真空干燥8～12h，混合均匀得到共混填料，使用偶联剂对共混填料进行处理，将处理后的共混填料80～120℃下真空干燥3～4h；分别将聚丙烯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物和马来酸苷接枝聚丙烯在90℃下干燥8～12h，利用高速混合机将聚丙烯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物和干燥后的共混填料混合均匀得到混合原料；
步骤二、制备；将步骤一制得的混合原料加入双螺杆挤出机中挤出造粒即得所述防潮型PP/ABS导热绝缘纳米复合材料。
9.如权利要求8所述的防潮型PP/ABS导热绝缘纳米复合材料的制备方法，其特征在于：步骤二中，设定双螺杆挤出机加料段、压缩段、熔融段、均化段和计量段温度分别为120～140℃、160～180℃、180～220℃、180～200℃和160～180℃，设定模头温度160～180℃，经水槽冷却切粒即得防潮型PP/ABS导热绝缘纳米复合材料成品。
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