CN107735440B - 轮胎胎面用橡胶组合物 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种在含有热膨胀性微囊的橡胶组合物中,冰上摩擦性能相比于以往水平进一步提高的轮胎胎面用橡胶组合物。该轮胎胎面用橡胶组合物的特征在于,为在二烯系橡胶100重量份中配合有混炼型硅橡胶混炼胶1~20重量份、热膨胀性微囊0.2~20重量份的橡胶组合物,所述混炼型硅橡胶混炼胶含有二氧化硅。
Description
技术领域
本发明涉及一种在含有热膨胀性微囊的橡胶组合物中,冰上摩擦性能相比于以往水平进一步提高的轮胎胎面用橡胶组合物。
背景技术
作为冰雪路用充气轮胎(无钉轮胎)的构成,已知重复如下过程来提高冰上性能,即,在胎面橡胶中形成许多气泡,胎面踏入冰面时,这些气泡吸收去除冰表面的水膜,胎面离开冰面时,通过离心力使所吸收的水脱离。
作为这种气泡的形成方案,专利文献1提出了一种向轮胎胎面用橡胶组合物中配合热膨胀性微囊的方案。该热膨胀性微囊因充气轮胎的硫化工序中的加热而膨胀,在硫化后的轮胎的胎面橡胶中形成许多包覆于膨胀后的微囊的壳的气泡(中空粒子)。
但是,近年来,需求者对无钉轮胎的冰上性能要求的水平变得更高,要求更进一步提高冰上摩擦性能。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本专利第4046678号公报
发明内容
发明要解决的问题
本发明的目的在于,提供一种在含有热膨胀性微囊的橡胶组合物中,冰上摩擦性能相比于以往水平进一步提高的轮胎胎面用橡胶组合物。
技术方案
实现上述目的的本发明的轮胎胎面用橡胶组合物的特征在于,为在二烯系橡胶100重量份中配合有混炼型硅橡胶混炼胶1~20重量份、热膨胀性微囊0.2~20重量份的橡胶组合物,所述混炼型硅橡胶混炼胶含有二氧化硅,并且所述混炼型硅橡胶混炼胶的橡胶硬度为10~50。
本发明的轮胎胎面用橡胶组合物的制造方法的特征在于,预先对所述混炼型硅橡胶混炼胶以及热膨胀性微囊进行混合,制备母炼胶,将该母炼胶混合于所述二烯系橡胶。
有益效果
本发明的轮胎胎面用橡胶组合物同时配合混炼型硅橡胶混炼胶以及热膨胀性微囊,因此,硫化成型时,对于胎面表面而言,在含有混炼型硅橡胶混炼胶的轮胎接地面形成热膨胀性微囊膨胀后的气泡(中空粒子的壳)。由于通过疎水性的硅橡胶对轮胎接地面赋予斥水性,因此,胎面踏入冰水面时,冰水面的水膜容易被气泡吸收。由此,能提高胎面表面的除水性能,能将冰上摩擦性能提高至以往水平以上。
对于该轮胎胎面用橡胶组合物而言,将所述混炼型硅橡胶混炼胶的配合量(X)与所述热膨胀性微囊的配合量(Y)的重量比(X/Y)设为20/80~90/10为好。进而,优选配合过氧化物系交联剂,能进一步提高冰上摩擦性能。
另外,优选比从所述橡胶组合物中省去了混炼型硅橡胶混炼胶以及热膨胀性微囊的基础橡胶的橡胶硬度低5~40。
在本发明的轮胎胎面用橡胶组合物的制造方法中,将混合有混炼型硅橡胶混炼胶以及热膨胀性微囊的母炼胶混合于二烯系橡胶,因此,能更进一步提高冰上摩擦性能。另外,制备母炼胶时,更优选配合过氧化物系交联剂。
将本发明的轮胎胎面用橡胶组合物使用于胎面部的充气轮胎,作为无钉轮胎具有优异的性能,尤其能进一步提高冰上摩擦性能。
附图说明
图1为表示使用了本发明的轮胎胎面用橡胶组合物的充气轮胎的实施方式的一例的轮胎子午线方向的局部剖面图。
具体实施方式
图1表示使用了轮胎胎面用橡胶组合物的充气轮胎的实施方式的一例,该充气轮胎包含:胎面部1、侧壁部2、以及胎圈部3。
在图1中,在充气轮胎中,在左右的胎圈部3之间延伸设置有将在轮胎径向延伸的增强帘线在轮胎周向以规定的间隔排列并埋设于橡胶层的两层胎体层4,其两端部绕埋设于胎圈部3的胎圈芯5以将胎边芯6夹入的方式从轮胎轴向内侧向外侧折回。在胎体层4的内侧配置有内衬层7。在胎面部1的胎体层4的外周侧,配设有将在轮胎周向倾斜延伸的增强帘线在轮胎轴向以规定的间隔排列并埋设于橡胶层的两层带束层8。该两层带束层8的增强帘线在层间以使相对于轮胎周向的倾斜方向相互反向的方式交叉。在带束层8的外周侧配置有带束覆盖层9。在该带束覆盖层9的外周侧,通过胎面橡胶层12形成有胎面部1。胎面橡胶层12优选由本申请的轮胎胎面用橡胶组合物构成。在各侧壁部2的胎体层4的外侧配置有侧壁橡胶层13,在各胎圈部3的胎体层4的折回部外侧设有轮辋缓冲橡胶层14。需要说明的是,无钉轮胎并不限定于图1所举例示出的充气轮胎的实施方式。
在本发明中,使用的二烯系橡胶为通常构成无钉轮胎的胎面部的二烯系橡胶即可,例如可举例示出天然橡胶、异戊二烯橡胶、丁二烯橡胶、各种丁苯橡胶、丁基橡胶、乙烯-丙烯-二烯橡胶等。其中,优选天然橡胶、丁二烯橡胶、丁苯橡胶,更优选包含天然橡胶及/或丁二烯橡胶为好。通过包含天然橡胶及/或丁二烯橡胶,制成充气轮胎时能提高冰上摩擦性能。
在本发明中,上述的二烯系橡胶的平均玻璃化转变温度优选为-50℃以下,进一步优选为-60~-100℃为好。通过将二烯系橡胶的平均玻璃化转变温度设为-50℃以下,维持低温下的橡胶混炼胶的柔性,提高对冰面的附着力,因此,能适合使用于冬季轮胎的胎面部。需要说明的是,通过差示扫描量热法(DSC)利用20℃/分钟的升温速度条件测定出热分析图(thermogram),玻璃化转变温度采用转变区域的中点的温度。另外,二烯系橡胶为充油品时,采用不含充油成分(油)的状态下的二烯系橡胶的玻璃化转变温度。另外,平均玻璃化转变温度是指,各二烯系橡胶的玻璃化转变温度乘以各二烯系橡胶的重量分率后的合计(玻璃化转变温度的加权平均值)。需要说明的是,将所有的二烯系橡胶的重量分率的合计设为1。
对于本发明的硫化橡胶组合物而言,相对于上述的二烯系橡胶100重量份,配合热膨胀性微囊0.2~20重量份、优选配合1.0~18重量份。若热膨胀性微囊的配合量小于0.2重量份,则硫化时热膨胀性微囊膨胀后的中空粒子(微囊的壳)的容积不足,无法充分改良冰上摩擦性能。另外,若热膨胀性微囊的配合量大于20重量份,则胎面橡胶的耐磨耗性能恐怕会恶化。
热膨胀性微囊包含如下构成:在由热塑性树脂形成的壳材中内包有热膨胀性物质。因此,对未硫化轮胎进行硫化成型时,当分散于橡胶组合物中的微囊被加热时,内包于壳材的热膨胀性物质膨胀而增大壳材的粒径,在胎面橡胶中形成许多中空粒子。由此,高效地吸收去除在冰的表面产生的水膜,并且得到微边缘效应(micro edge effects),因此提高冰上性能。另外,由于微囊的壳材比胎面橡胶硬,因此,能提高胎面部的耐磨耗性。热膨胀性微囊的壳材可以由腈系聚合物形成。
另外,微囊的壳材中内包的热膨胀性物质具有受热汽化或膨胀的特性,例如可举例示出选自由正烷烃、异烷烃等烃构成的组中的至少一种。作为异烷烃,可以举出异丁烷、异戊烷、2-甲基戊烷、2-甲基己烷、2,2,4-三甲基戊烷等;作为正烷烃,可以举出正丁烷、正丙烷、正己烷、正庚烷、正辛烷等。这些烃可以分别单独使用,也可以组合多个使用。作为热膨胀性物质的优选形态,使常温下为气体的烃溶解于常温下为液体的烃的物质为好。通过使用这种烃的混合物,在未硫化轮胎的硫化成型温度区域(150~190℃)中,从低温区域到高温区域能得到充分的膨胀力。
对于本发明的轮胎胎面用橡胶组合物而言,与上述的热膨胀性微囊一起,还配合有混炼型硅橡胶混炼胶。由此,对轮胎胎面的接地面赋予斥水性,由此,被排斥的水容易被气泡(微囊的壳)吸收,能提高冰上摩擦性能。
混炼型硅橡胶混炼胶为含有混炼型硅橡胶以及二氧化硅的混炼胶。另外,混炼型硅橡胶为液态硅橡胶以外的、具有可塑性、并且通过配合交联剂而加热固化的硅橡胶。就混炼型硅橡胶的重均分子量而言,只要硅橡胶具有可塑性,就不特别限制,但优选为40万~90万,更优选为45万~85万为好。在本说明书中,混炼型硅橡胶的重均分子量通过GPC(GelPermeation Chromatography,凝胶渗透色谱)进行测定,通过标准聚苯乙烯换算求出重均分子量。
通过向混炼型硅橡胶配合二氧化硅或二氧化硅以外的增强性填充剂、分散剂、稳定化剂等其他配合剂,能对混炼型硅橡胶混炼胶赋予适当的橡胶强度、橡胶硬度。
相对于二烯系橡胶100重量份,混炼型硅橡胶混炼胶的配合量为1~20重量份,优选为2~20重量份,更优选为2~18重量份。若混炼型硅橡胶混炼胶的配合量小于1重量份,则无法对轮胎胎面用橡胶组合物赋予充分的斥水性。另外,若混炼型硅橡胶混炼胶的配合量大于20重量份,则橡胶组合物的橡胶强度会降低,耐磨耗性会恶化。
另外,混炼型硅橡胶混炼胶的配合量(X)与热膨胀性微囊的配合量(Y)的重量比(X/Y)为20/80~90/10,优选为30/70~85/15。若重量比(X/Y)小于20/80,则相对于气泡(中空粒子的壳)的数量,斥水作用过小,对冰上性能的效果变小。另外,若重量比(X/Y)大于90/10,则相对于气泡(中空粒子的壳),斥水作用过强,水膜反而难以被气泡吸收。
混炼型硅橡胶混炼胶的橡胶硬度为10~50,优选为15~45。若混炼型硅橡胶混炼胶的橡胶硬度小于10,则过软,耐磨耗性会恶化。另外,若混炼型硅橡胶混炼胶的橡胶硬度大于50,则由于硬度导致对冰上性能的效果变小。在本说明书中,混炼型硅橡胶混炼胶的橡胶硬度为配合/混合过氧化物系硫化剂并使其加热固化时的橡胶硬度,采用依照JIS K6253通过硬度计的类型A在23℃测定出的值。
混炼型硅橡胶混炼胶的橡胶硬度优选低于橡胶组合物的基础橡胶的橡胶硬度。即,基础橡胶为从本发明的轮胎胎面用橡胶组合物中省去了混炼型硅橡胶混炼胶以及热膨胀性微囊的橡胶组合物。优选混炼型硅橡胶混炼胶的橡胶硬度低于该基础橡胶的橡胶硬度,更优选混炼型硅橡胶混炼胶的橡胶硬度比该基础橡胶低5~40。由此,对于路面的追从性得以提高,更容易发挥出斥水性。
本发明的轮胎胎面用橡胶组合物优选配合过氧化物系硫化剂为好。通过配合过氧化物系硫化剂,能进一步提高冰上摩擦性能。相对于混炼型硅橡胶的重量,过氧化物系硫化剂的配合量优选设为0.5~5.0重量%,更优选设为1.0~4.5重量%为好。若过氧化物系硫化剂的配合量小于0.5重量%,则无法充分得到过氧化物系硫化剂的作用。另外,若过氧化物系硫化剂的配合量大于5.0重量%,则轮胎胎面用橡胶组合物变脆,耐磨耗性会恶化。
上述的轮胎胎面用橡胶组合物的制造方法可以与制造配合有热膨胀性微囊的橡胶组合物时同样地进行。即,制备将除了热膨胀性微囊以及硫化体系配合剂之外的其他配合剂与二烯系橡胶混合/混炼的混炼物,对该混炼物进行冷却,降低温度后,配合并混合热膨胀性微囊以及硫化体系配合剂,由此,能制备轮胎胎面用橡胶组合物。在此,作为硫化体系配合剂,可举例示出硫化剂、交联剂、硫化促进剂等。
另外,为了更有效地制造本发明的轮胎胎面用橡胶组合物,优选的是,预先对混炼型硅橡胶混炼胶以及热膨胀性微囊进行混合,制备母炼胶,对该母炼胶以及二烯系橡胶进行混合为好。硫化体系配合剂既可以与母炼胶以及二烯系橡胶同时进行混合,进而也可以在其后进行混合。
在制备混炼型硅橡胶混炼胶以及热膨胀性微囊的母炼胶时,混炼型硅橡胶混炼胶的配合量(X)与热膨胀性微囊的配合量(Y)的重量比(X/Y)可以如上所述那样设置。
另外,可以向该母炼胶配合过氧化物系硫化剂。由此,硅橡胶的强度上升,能进一步提高冰上摩擦性能。过氧化物系硫化剂的配合量可以如上所述那样设置。
混炼型硅橡胶混炼胶以及热膨胀性微囊的混合条件并不特别限制,只要为抑制热膨胀性微囊的破坏、并且不引起热膨胀的条件即可。可以适当地确定温度、转速等,以使混炼型硅橡胶混炼胶以及热膨胀性微囊大致均匀地混合。
另外,对于混合混炼型硅橡胶混炼胶以及热膨胀性微囊时所使用的混炼机械并不特别限制,例如可以举例示出班伯里密炼机、混碾机、滚筒机等。
轮胎胎面用橡胶组合物可以配合二氧化硅、炭黑等填充剂。通过配合填充剂,能提高橡胶的强度,能使耐磨耗性能良好。相对于二烯系橡胶100重量份,填充剂的配合量优选设为10~100重量份,更优选设为20~90重量份为好。若填充剂的配合量小于10重量份,则无法提高橡胶强度,无法提高耐磨耗性能。若填充剂的配合量大于100重量份,则轮胎胎面用橡胶组合物的滚动阻力会恶化。
向本发明的硫化橡胶组合物配合二氧化硅时,可以配合硅烷偶联剂。通过配合硅烷偶联剂,能提高二氧化硅相对于二烯系橡胶的分散性,能提高与橡胶的增强性。
相对于硫化橡胶组合物中的二氧化硅的配合量,硅烷偶联剂的配合量优选配合3~15重量%为好,更优选配合5~10重量%为好。若硅烷偶联剂的配合量小于二氧化硅配合量的3重量%,则无法充分改良二氧化硅的分散。若硅烷偶联剂的配合量大于二氧化硅配合量的15重量%,则硅烷偶联剂之间会缩合,无法得到所希望的效果。
就硅烷偶联剂的种类而言,若为能使用于配合二氧化硅的橡胶组合物的物质,就不特别限制,例如可以举例示出双-(3-三乙氧基硅烷基丙基)四硫化物、双(3-三乙氧基硅烷基丙基)二硫化物、3-三甲氧基硅烷基丙基苯并噻唑四硫化物、γ-巯基丙基三乙氧基硅烷、3-辛酰基硫代丙基三乙氧基硅烷等含硫硅烷偶联剂。
作为二氧化硅、炭黑以外的填充剂,可以使用能使用于充气轮胎的任意的填充剂,例如可以举出碳酸钙、碳酸镁、滑石、粘土、氧化铝、氢氧化铝、氧化钛、硫酸钙等。
除了上述的填充剂以外,也可以向轮胎胎面用橡胶组合物中配合硫化剂或交联剂、硫化促进剂、抗老化剂、增塑剂、加工助剂等通常使用于轮胎用橡胶组合物的各种添加剂。通过一般的方法进行混炼,制成未硫化的橡胶组合物,在对其进行硫化或交联时可以使用该添加剂。只要不违反本发明的目的,则这些添加剂的配合量可以采用以往的一般的配合量。这种橡胶组合物可以通过使用例如班伯里密炼机、混碾机、滚筒机等公知的橡胶用混炼机械对上述各成分进行混合来制造。
本发明的轮胎胎面用橡胶组合物适合于构成无钉轮胎的胎面部。以这种方式构成的胎面部能将冰上性能提高至以往水平以上。
以下,通过实施例进一步对本发明进行说明,本发明的范围并不限定于这些实施例。
实施例
实施例1~7、比较例1~6、10以及11
通过1.8L的密闭型密炼机,将以表5所示的二烯系橡胶、填充剂以及配合剂为共同配方、包含表1、2所示的配方的15种橡胶组合物(实施例1~7、比较例1~6、10以及11)中除硫、硫化促进剂、热膨胀性微囊、硅橡胶混炼胶以外的成分混炼5分钟,进行放出/冷却,向其中加入硫、硫化促进剂、热膨胀性微囊、硅橡胶混炼胶并通过开放式滚筒机进行混合,由此制备出未硫化的橡胶组合物。需要说明的是,表1、2所记载的各配合剂的配合量以相对于表5所记载的二烯系橡胶100重量份的重量份示出。
实施例8~20、比较例7~9以及12~14
制备表1、3以及4所示的19种母炼胶(MB-1~19)。以各母炼胶配方的明细栏所示的配合比进行称重,使用1.8L的密闭型班伯里密炼机在100℃以下对其进行混合2.5分钟,由此制备出19种母炼胶。
通过1.8L的密闭型密炼机,将以表5所示的二烯系橡胶、填充剂以及配合剂为共同配方、包含表1、3以及4所示的配方的19种橡胶组合物(实施例8~20、比较例7~9以及12~14)中除母炼胶、硫、硫化促进剂以外的成分混炼5分钟,进行放出/冷却,向其中加入母炼胶、硫、硫化促进剂并通过开放式滚筒机进行混合,由此制备出未硫化的橡胶组合物。需要说明的是,表1、3以及4所记载的各配合剂的配合量以相对于表5所记载的二烯系橡胶100重量份的重量份示出。
将所得的44种橡胶组合物在规定的模具中以170℃加压硫化10分钟,制作出由轮胎胎面用橡胶组合物形成的硫化橡胶试验片。通过下述所示的方法对所得的硫化橡胶试验片的冰上摩擦性能进行了评价。
冰上摩擦性能
将所得的硫化橡胶试验片粘贴于扁平圆柱状的底座橡胶,使用内侧滚筒型(inside drum type)冰上摩擦试验机,在测定温度-1.5℃、载荷5.5kg/cm3、滚筒转速25km/h的条件下测定出冰上摩擦系数。采用将比较例1的值设为100的指数,将所得的冰上摩擦系数示于表1~4的“冰上摩擦性能”的栏中。该指数值越大,意味着冰上摩擦力越大,冰上性能越优异。
对具有包含表5所示的二烯系橡胶、填充剂以及配合剂的共同配方的橡胶组合物,通过1.8L的密闭型密炼机将除硫、硫化促进剂以外的成分混炼5分钟,进行放出/冷却,向其中加入硫、硫化促进剂并通过开放式滚筒机进行混合,由此制备出未硫化的基础橡胶的组合物。将所得的基础橡胶的橡胶组合物在规定的模具中以170℃加压硫化10分钟,制作出硫化橡胶试验片。
依照JIS K6253通过硬度计的类型A在温度23℃对该基础橡胶的硫化橡胶试验片的橡胶硬度进行了测定,其结果为50。
[表1]
[表2]
[表3]
[表4]
如下示出在表1~4中使用的原材料的种类。
■微囊:松本油脂制药公司制热膨胀性微囊(MicrosphereF100)
■硅橡胶混炼胶1:含有混炼型硅橡胶以及二氧化硅的混炼胶,信越化学公司制KE-500-U,使用过氧化物系硫化剂使其加热固化时的橡胶硬度为23,与基础橡胶的橡胶硬度之差为27。
■硅橡胶混炼胶2:含有混炼型硅橡胶以及二氧化硅的混炼胶,信越化学公司制KE-922-U,使用过氧化物系硫化剂使其加热固化时的橡胶硬度为25,与基础橡胶的橡胶硬度之差为25。
■硅橡胶混炼胶3:含有混炼型硅橡胶以及二氧化硅的混炼胶,信越化学公司制KE-941-U,使用过氧化物系硫化剂使其加热固化时的橡胶硬度为43,与基础橡胶的橡胶硬度之差为7。
■硅橡胶混炼胶4:含有混炼型硅橡胶以及二氧化硅的混炼胶,信越化学公司制KE-961-U,使用过氧化物系硫化剂使其加热固化时的橡胶硬度为63,与基础橡胶的橡胶硬度之差为-13。
■过氧化物系硫化剂:信越化学公司制C-8,含有约25%的2,5-二甲基-2,5-二(叔丁基过氧基)己烷的产品
[表5]
需要说明的是,如下示出在表5中使用的原材料的种类。
■NR:天然橡胶,RSS#3
■BR:丁二烯橡胶,日本ZEON公司制Nipol BR1220
■炭黑:东海碳素公司制Seast6
■二氧化硅:日本二氧化硅工业公司制Nipsil AQ
■硅烷偶联剂:含硫硅烷偶联剂,Degussa公司制Si69
■油:昭和壳牌石油公司制提取物(Extract)4号S
■氧化锌:正同化学工业公司制氧化锌三种
■硬脂酸:日油公司制珠粒硬脂酸(Beads stearic acid)
■抗老化剂1:Flexsys公司制6PPD
■抗老化剂2:大内新兴化学工业公司制Nocrac 224
■硫:鹤见化学工业公司制金花牌含油微粉硫(“GOLDEN FLOWER”OIL TREATEDSULFUR POWDER)
■硫化促进剂:大内新兴化学工业公司制NOCCELER CZ-G
根据表2~4,明显确认了:将实施例1~25的轮胎胎面用橡胶组合物的冰上摩擦性能提高至以往水平以上。
就比较例2的橡胶组合物而言,由于硅橡胶混炼胶1的配合量小于1重量份,因此,无法充分改良冰上摩擦性能。
就比较例3的橡胶组合物而言,由于硅橡胶混炼胶1的配合量大于20重量份,因此,冰上摩擦性能反而降低。
就比较例4~6的橡胶组合物而言,由于未配合热膨胀性微囊,因此,冰上摩擦性能非常差。
就比较例7~9的橡胶组合物而言,由于硅橡胶混炼胶1或2的配合量大于20重量份,因此,无法充分改良冰上摩擦性能。
符号说明
1 胎面部
12 胎面橡胶层
Claims (7)
1.一种轮胎胎面用橡胶组合物,其特征在于,为在二烯系橡胶100重量份中配合有混炼型硅橡胶混炼胶1~20重量份、热膨胀性微囊0.2~20重量份的橡胶组合物,所述混炼型硅橡胶混炼胶含有二氧化硅,并且所述混炼型硅橡胶混炼胶的橡胶硬度为10~50。
2.根据权利要求1所述的轮胎胎面用橡胶组合物,其特征在于,所述混炼型硅橡胶混炼胶的配合量(X)与所述热膨胀性微囊的配合量(Y)的重量比(X/Y)为20/80~90/10。
3.根据权利要求1或2所述的轮胎胎面用橡胶组合物,其特征在于,进一步配合有过氧化物系交联剂。
4.根据权利要求1或2所述的轮胎胎面用橡胶组合物,其特征在于,所述混炼型硅橡胶混炼胶的橡胶硬度比从所述橡胶组合物中省去了混炼型硅橡胶混炼胶以及热膨胀性微囊的基础橡胶的橡胶硬度低5~40。
5.一种轮胎胎面用橡胶组合物的制造方法,其特征在于,为权利要求1~4中任一项所述的轮胎胎面用橡胶组合物的制造方法,预先对所述混炼型硅橡胶混炼胶以及热膨胀性微囊进行混合而制备母炼胶,将所述母炼胶与所述二烯系橡胶进行混合。
6.根据权利要求5所述的轮胎胎面用橡胶组合物的制造方法,其特征在于,向所述母炼胶配合过氧化物系交联剂。
7.一种无钉轮胎,其由权利要求1~4中任一项所述的轮胎胎面用橡胶组合物形成了胎面部。
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