CN1078125C - 多层油管挤出机和挤压方法 - Google Patents

Abstract

一种用于在明显不同的温度下挤压至少两层聚合物的挤压模(10)，其中第一模具(18)有与第二模具(24)相连的部分和与第二模具(24)间隔的部分。在第一和第二模具之间设置绝热材料并水冷第一模具。在第一、第二模具之间的间隔部内设置了一层绝热材料(20)。第三模具与第二模具相连并将第三材料同时挤压到由第一和第二模具形成的叠层产品上。第三模具(302)与第二模具相连，但是它具有与第二模具间隔开的部分。在第二模具和第三模具之间的间隔部分进行绝热。第一模具在大约180-220的温度下挤压出热固聚合物如FKM。加氯的热塑聚合物如THV是在大约480温度下从第二模具中挤出。热团聚合物如ECO是在低于250的温度下从第三模具中挤出。

Description

多层油管挤出机和挤压方法

所属领域

本发明涉及一种共挤法制造多层软管的装置和方法。确切地说，本发明涉及一种共挤制造具有至少一个橡胶内层和一个塑料外层的且用于输送油料和其他有害液体的软管的装置和方法。

背景技术

为了满足U.S.EPA汽车排放标准，任何导管外套如输油软管都必须足以不透过由各种油料排出的碳氢化合物蒸汽。一种典型的输油软管包括至少一层橡胶或塑料或其组合物。这样的防止油料与蒸汽渗透的组合管在1994年6月30日申请的PCT/US94/07375中披露了，在这里已作为参考而引入这篇文献。此申请记载了一种由一个橡胶材料的如四氟乙烯(TFE)、六氟丙烯(HFE)和偏二氯乙烯(VF2)的三元共聚物FKM的内层和至少一个塑料的也是TFE、HFE和VF2的三元共聚物的THV的外层构成的组合管。这样的多层管状结构通常是在连续工艺中同时挤压出来的，从而形成了一个弹性的管件。

几项现有技术描述了可能有也可能没有加强层的多层管件的挤压生产方法。

在1983年12月27日授予菲利普斯的US4422911披露了一种制造具有内部和外部的挤压塑料管的生产方法。此文献披露了一般环绕挤出机主体同轴地设置了一个加热器以便在挤压过程中控制挤出塑料温度。

EP0551094披露了一种通过同时挤压导电含氟聚合物与不导电含氟聚合物、且电晕放电处理不导电含氟聚合物外层并且将塑性聚酰胺层十字头环状挤出到处理后的不导电含氟聚合物层上的方式来制造含氟聚合物的组合管子的方法。

1982年12月7日授予卡塞斯等人的US4362488披露了一种连续制造加强管的挤出机，所述管子具有一个管形间隔件，它与一个内管件和一个中间管件一起限定出了一个待挤压材料在挤压过程中经过的环形通道。此内管件和中间管件具有温度调节液循环内通道，从而在整个挤压过程中将挤压头保持在适当温度下。

现有技术没有解决的一个问题是，因在加工过程中的各不同挤压温度要求而难于同时挤压橡胶材料和塑料。橡胶材料如FKM的挤压通常是在185°F～220°F温度下进行的，而塑料如THV的挤压必须在高很多的约480°F温度下进行。如果橡胶层承受480°F的温度，则橡胶层将被烤焦，因此最后的产品将性能不理想。

发明内容

根据本发明，一种用于在明显不同的温度下同时挤压至少两层聚合物的挤压模，它包括：第一模具，它具有限定出一个模口的挤出嘴，所述模口用于沿一个穿过第一模具口的轴线将第一种熔融材料挤压成预定形状；第一送料筒，它具有在压力下并在第一温度下将第一熔融材料传给第一模具的通道。第二模具具有一个模口，所述模口用于在不同于第一熔融材料温度的温度下沿穿过第二模具口的轴线将第二熔融材料挤压到从第一模具中挤压出来的预定形状体上，从而将第二材料层压到该预定形状体上。固定件按照轴向间隔并列的方式并使第一模具口和第二模具口的轴线基本上在一条直线上地将第二模具固定在第一模具上。第二送料筒安装在第二模具上，它具有一个与第一送料筒通道轴向间隔开的且用于在压力下将第二熔融材料传给第二模具口的通道。一层绝热材料位于第一模具和第二模具之间以便尽可能地减少两者之间的传热。

第一模具的挤出嘴最好在其下游端部具有一个较短的环形棱边，第二送料筒至少部分位于第一模具和第二模具之间并具有一个支承接触环形棱边的边缘。第二送料筒最好成环形并且环绕基本上整个环形棱边地支承着环形棱边。

在本发明的一个优选实施例中，第一模具在环形棱边的上游具有一个锥形外表面，绝热层沿着锥形外表面分布。

绝热层可以由任何适用绝热材料制成。那些具有玻璃纤维棉絮的传热性能或更强的绝热性能的材料最好被用于绝热层中。

第一模具的挤出嘴具有一个和第二模具的一部分一起构成了第二挤出嘴的前边缘。第二模具具有一条在第二送料筒与第二挤出嘴之间连通的通道。第二模具的通道从第一和第二模具口起基本上与其垂直地延伸。在本发明的一个优选实施例中，第二模具通道螺旋地环绕第一模具口和第二模具口的轴线。

在本发明的一个优选实施例中，第一模具具有一个与外孔口连通的内腔以便循环冷却液来冷却第一模具。

在本发明的一个实施例中，第三模具安装在第二模具上并且它适于将第三材料的熔融层覆盖到第二材料层上而与之形成了叠层产品。第三模具最好具有一个内环形部分，它构成了由第一材料和第二材料构成的双层产品的穿行开口，该内环形部分具有与第二模具的下游端接触的上游部。第三模具的外环形部具有与第二模具的下游端轴向间隔开的上游表面。一层绝热材料位于第三模具的外环形部的上游表面与第二模具下游端之间以便尽可能地减少这两者之间的热传递。

本发明有利地被用于制造多层管子。为此目的，一个心轴穿过第一模具口和第二模具口。在本发明的第二实施例中，心轴也穿过了第三模具口。

另外，根据本发明而提供了一种在明显不同的温度下在第一模具和第二模具中同时挤压至少两层聚合物的方法，其中第一模具有限定出一个模口的挤出嘴，所述模口用于沿一个穿过第一模具口的轴线将第一热固聚合物挤压成预定形状体，第二模具具有带轴线的模口且它被用于将热塑聚合物挤压到预定形状体上以便与其形成叠层产品。所述方法包括以下步骤：在第一温度下通过第一模具口将第一热固聚合物挤压成一个预定形状体；在明显高于第一温度的第二温度下通过第二模具口将热塑材料挤压到预定形状体上而形成了第一热固聚合物和热塑聚合物的叠层产品。此方法还包括使第一模具和第二模具之间绝热并冷却第一模具，以便分别将第一热固聚合物和第二热塑聚合物保持在第一和第二预定温度下，至少到分别从第一模具口和第二模具口中挤出第一热固聚合物和热塑聚合物为止。

热固材料最好保持在220°F以下，而第二温度则保持在450°F以上。

在本发明的第二实施例中，通过第三模具口挤压出第二热固材料以使第二热固材料层附着到热塑材料层上而与之形成叠层产品。至少第三模具的一部分沿轴向与第二模具间隔开，第二模具与第三模具之间的轴向间隔受到绝热处理以保持热塑聚合物和第二热固聚合物处于各自的挤压温度下。第二热固材料的温度低于205°F，最好是，第二热固聚合物具有低于220°F的挤压温度，而且可以是任何适当的橡胶聚合物如ECO。

第一热固聚合物和第二热固聚合物的挤压温度可以大幅度变化。但是，温度通常在180°F～220°F。

热塑聚合物温度也可以较大幅度地变化。热塑聚合物优选熔点较高的如熔点为480°F的加氟聚合物。

在本发明的一个优选实施例中，挤压模具有一个心轴，使预定形状成管形。心轴优选地在第一实施例中穿过第一模具口和第二模具口，另外它在第二实施例中还穿过了第三模具口。

附图简介

现在将参见附图来描述本发明，其中：

图1是本发明的双层挤出机的纵向横截面图；

图2是图1的局部放大图，它详尽地示出了挤出材料的流道；

图3是根据本发明由图1的挤出机制成的双层油管的分解纵向横截面图；

图4是本发明的三层挤出机的纵向横截面图；

图5是图4的放大部分，它详尽地示出了挤出材料的流道；

图6是根据本发明而由图4的挤出机制成的三层油管的分解透视图。

最佳实施例

参见附图且尤其是参见图1，一个大致在10处示出的挤压头包括送料筒12、心轴16的支架14、第一模具18、绝热环20、送料板22和第二模具24，这些部件都是绕心轴16的纵轴线26同轴布置的。

送料筒12包括筒形部30，在筒形部30的近端34具有一个径向凸缘32并在筒形部30的远端38处具有斜凸缘36。沿纵轴26开设了孔40，它分别在送料筒12的近、远端34、38处具有埋头孔42、44。送料筒12包括穿透径向凸缘32的横向孔46。多个调节孔48(在图1中只示出了其中一个)环绕送料筒12外周地均匀分布。

支架14包括一个通过许多个辐条62与心轴16相连的环圈60、一个对准送料筒12中的第一横向孔46的入口64、一条向内延伸到其中辐条62的下面并将入口64与心轴16中心部内的空腔68连接起来的通道64。心轴16还包括纵向圆柱形部分70，它具有在心轴16远端74处将空腔68与大气连通起来的纵向中心孔72。心轴16的近端76渐缩成一个圆锥部78。

第一模具18包括环形底座80、轴向延伸的且具有环形内腔84的截锥部82、一条横向入口通道86和一个纵向中心锥孔88。通道86包括沿环形底座80开设的入90、一条横向通道92和一条将横向通道92与内腔84连通起来的斜槽94。截锥部82的轴向前端沿轴向逐渐缩小成挤出嘴96。一条出口通道(未示出)与通道86相似，但是它在周向上与入口通道86间隔开，并且它通过相似的方式与内腔84相通。一个环形棱边97形成了挤出嘴96的外表面。

绝热环20包括一个径向延伸体100，它分别限定出了内、外汇聚锥面102、104。绝热环20由陶瓷/玻璃纤维绝热材料制成，以便在第一模具18和送料板22之间有效的绝热。任何适用的绝热材料都可以用到绝热环20中。一般地，绝热材料具有玻璃纤维棉絮的绝热性能或更强的绝热性能。

送料板22是一个空心壳体，它包括一个具有同心孔112的环形件110，所述同心孔有三个部分即锥孔部114、窄孔116和宽埋头孔118。送料板22也具有一个送料通道120，它包括一个沿环形件110的外表面开设的横入口122、一个内伸槽124和一个斜槽126。送料板22具有接触第一模具18的环形棱边97的环形边缘128。

第二模具24包括一个环形片130，它具有一个其上限定出一条螺旋槽134的内表面132，所述螺旋槽从环形片130的中心起垂直于心轴16中心轴线地向外盘旋。第二模具24具有中心孔136，它略微大于心轴16的直径。第二模具24还具有横向孔146和穿过环形件110的轴向孔150。

在装配时，支架14的环圈60可滑动地安装在送料筒12的近端埋头孔42中，从而心轴16的圆锥部78伸入送料筒12的纵向孔40内。许多调节螺栓52设置在调节孔48内。可以独立地拧松或拧紧螺栓52以便同心地定位和调节支撑心轴16的环圈60。远端埋头孔44与第一挤出机(未示出)对接，所述挤出机沿A方向供应受热的流态热固型弹性物质如FKM橡胶。送料筒12的横向孔46对准了压缩空气输送管50，并进一步对准了支架14上的入口64，从而压缩空气输送管50可通过入口64和通道66向内腔68输送空气。第一模具18的环形底座80与送料筒12的径向凸缘32抵接，从而截锥部62的内表面和心轴16纵向部70的外表面限定出大致成渐缩形状的环形通道88。挤出嘴96在它与心轴16纵向部的外表面之间限定出第一环形间隙98。绝热环20的径向凸缘100抵靠在第一模具18的环形底座80上，从而绝热环20的内锥面82与第一模具18的截锥部82外表面相邻。送料板22的环形件110与绝热环20的径向凸缘100相邻，从而绝热环20的外锥面104抵靠着送料板22的锥孔114，只有送料板22与第一模具18之间的接触点才是第一模具18上的挤出嘴96与送料板22上的窄孔116的交汇点。第二模具24设置在送料板22的宽埋头孔118内，从而螺旋槽134的最外道对准了送料通道120的斜槽126。送料通道120与第二挤出机(未示出)相连，所述挤出机沿B方向输送热熔态的热固型聚合物如THV。第二模具24的中心孔136和心轴16纵向部70的外表面限定出了第二环形间隙138。环形布料槽144是由模具24的内边缘和环形棱边97的前沿构成的，它将最内侧螺旋槽134与第二环形间隙138连接了起来。螺纹固定件140将第二模具24固定在送料板22上并留下了足以允许对中调节第二模具24的间隙，这种对中调节可以通过许多个环绕送料板22外周穿过横向孔146设置的调节螺栓148实现。螺纹固定件142伸入轴向孔150内并且牢固可调节地固定住第二模具24、送料板22、绝热环20和第一模具18。

在工作中，第一挤出机如与送料筒12的埋头孔44对接的螺杆式送料机构或柱塞(未示出)将迫使熔融橡胶物质如FKM沿A方向流入纵向孔40内。FKM必须在大约180°F～220°F温度下进行挤压。可以环绕送料筒12同心地设置加热装置(未示出)以保持内孔40处于高温。当熔融橡胶物质经过送料筒12中的纵向孔40时，迫使第一材料环绕心轴16的圆锥部78流动。当第一材料进入第一模具18中的大致成锥形的间隙88时，第一材料压力因迫使其流向挤出嘴96而提高了。为了保持第一模具18处于不变温度下，通过通道86将水或其他适当的冷却液输入第一模具18的截锥部82内腔84中。水通过内腔84循环流动并经过输出管(未示出)排出。挤压橡胶的流道可以更清楚地在图2中看到。当橡胶物质经过挤出嘴96时，它形成了油管200的内层(见图3)。第二挤出机(未示出)沿B方向将热塑材料注入入口122。热塑材料可以是任何所希望的可挤压材料，它在这种情况下是热塑料如THV。沿送料通道120推动热塑材料，从而它们经斜槽126流入第二模具24的螺旋槽134中。热塑材料由螺旋槽134向里面流动。将第二模具24保持在480°F下，此温度略高于通过环形间隙98挤压出来的橡胶化合物的温度。热塑材料由螺旋槽134向里面流动，直到它遇到环形布料槽144，第二材料接着在此布料槽处流出第二模具24并在由第一模具18形成的内管层202的顶面上受迫流入第二环形间隙138。沉积下来的第二材料在内层202顶面上形成了一个外环层204(见图3)并通过挤压通道内的极大压力被固定在第一层上。当软管流出挤压头10时，压缩空气被连续地输入第一横向孔46中，而它又通过内腔68、通道66和入口64将压缩空气引入心轴16的第一中心孔72内。中心孔72内的压缩空气流出心轴16的远端74，并在该管的特殊部分经过心轴16远端74时被送入新形成的管200的纵向封闭盖206(见图3)内，并且所述压缩空气防止了新形成的软管纵向弯曲。绝热环20与第一模具18的液体冷却的组合方案将第一模具18中的橡胶聚合物保持在较低温度下并将第二模具24中的塑性聚合物保持在较高温度下，以便在对两种材料都合适的温度下同时挤压这两种聚合物。

组合的双层管200从模具中出来后，可以使它经过一个十字头环状式挤出机(未示出)，在这里附着上一个弹性体外层。接着，如PCT/US94/07375所述的那样，三层组合物可以接受成型加工和加硫硬化处理。

图4和图5示出了本发明的第二实施例，在这里，弹性体化合物可以被十字头环状挤出到管200上。参见图4、5，其中采用了相同数字来描述相同部件，附加挤压模302在心轴16远端74附近与第二模具24串列相连。第三模具302、绝热环304和端盖306形成了第三模具组件300。第三模具302包括分别具有内、外表面312、314的圆板310。内表面312具有一个抵靠着一个轴向套筒318的环形突起316，所述轴套环绕一个穿透圆板310中心部的孔320。圆板310的外表面314具有一个限定出环形槽324的宽孔322，所述环形槽围着轴向套筒318的内边326。第三模具302也具有一个从第三模具302的外表面起(未示出)延伸的且将模具外部与环形腔337连通起来的横向通道327。绝热环是由与上述实施例中提到的绝热环20相似的绝热材料制成的。端盖306是一个具有内轴向套筒330的圆板328，所述内轴向套筒限定出了一个中心孔332。内轴向套筒302的远端部结束于斜突起336上。

第三挤压模302通过几个螺纹固定件344固定在端盖306上，在图4中只示出了其中一个螺纹固定件。第三挤压模302通过几个螺纹固定件142a牢固地固定在模具18上，在图4中只示出了其中一个螺纹固定件。

在装配过程中，第三模具组件300通过螺纹固定件142、342固定在上述实施例的挤压头10上。第三模具302的轴套318被安装在第二模具24外表面上的埋头孔149内，而绝热环安装在第三模具302和第二模具24之间，心轴16的纵向部70穿过第三模具302中的孔320。端盖306的轴向孔332延伸到心轴16的纵向部70，轴套330远端部上的突起336与第三模具302的内边326限定出一个布料槽338。一条环形槽340成型于第三模具302的轴套318内表面与心轴16纵向部70的外表面之间。轴套330上的突起336和第三模具302上的环形槽324限定出一个环形腔337。在端盖306轴套330孔332与心轴16纵向部70之间限定出一条附加环槽342。环槽342略微宽于环槽340，而环槽340又略微宽于与第二模具24相邻的环槽138。

在工作中，弹性体层通过第三模具组件300的动作被挤压到管200的表面上。在第一实施例中(图1-图3)制成的双层管在此实施例中是以相同的方式形成的。但是，弹性材料外层在双层管经过环槽340时被覆盖到双层管200上。横向通道327的外入口对准了迫使液态弹性体化合物沿C方向流入横向通道327的第三挤出机。接着，迫使弹性材料进入环形腔337并流过布料槽338以便被挤压到热塑层上。迫使弹性材料流过布料槽338而到达位于环槽342中的管子的热塑层外表面上。第三模具302和端盖306可以容纳用于在整个正受到挤压的弹性材料范围内循环冷却液的内导管(未示出)。

尽管示出了本发明的特定实施例，但是显然本发明不局限于这些实施例，因为本领域的普通技术人员尤其是可以根据上述教导而作出各种改动。在不超出本发明精神的前提下，合理的变型和修改方案在本发明的上述披露内容范围内是可行的。

Claims (27)

1.一种用于在明显不同的温度下同时挤压至少两层聚合物的挤压模，它包括：

第一模具，它具有限定出一个模口的挤出嘴，所述模口用于沿一个穿过第一模具口的轴线将第一熔融材料挤压成预定形状；

第一送料筒，它具有在压力下并在第一温度下将第一熔融材料传给第一模具的通道；

第二模具，它具有一个模口，所述模口用于在不同于第一熔融材料温度的温度下沿穿过第二模具口的轴线将第二熔融材料挤压到从第一模具中挤压出来的预定形状体上，从而将第二材料层压到该预定形状体上；

按照轴向间隔并列的方式并使第一模具口和第二模具口的轴线基本上在一条直线上地将第二模具固定在第一模具上的固定件；

安装在第二模具上的、具有一个与第一送料筒通道轴向间隔开的且用于在压力下将第二熔融材料传给第二模具口的通道的第二送料筒；

一层位于第一模具和第二模具之间以便尽可能减少两者间的传热的绝热材料；

在第一模具中靠近绝热层地开设有冷却液循环外孔，以便散去来自第一模具的热量来维持第一模具处于第一温度的内腔。

2.如权利要求1所述的挤压模，其特征在于，第一模具的挤出嘴在其下游端部具有一个较短的环形棱边；第二送料筒至少部分位于第一模具和第二模具之间，并具有一个支承接触环形棱边的边缘。

3.如权利要求2所述的挤压模，其特征在于，第二送料筒边缘成环形并且环绕基本上整个环形棱边地支承着该环形棱边。

4.如权利要求2所述的挤压模，其特征在于，第一模具在环形棱边的上游具有一个锥形外表面，绝热层沿着锥形外表面分布。

5.如权利要求4所述的挤压模，其特征在于，绝热材料具有玻璃纤维棉絮的传热性能。

6.如权利要求4所述的挤压模，其特征在于，第一模具的挤出嘴具有和第二模具的一部分一起构成了第二挤出嘴的前边缘。

7.如权利要求6所述的挤压模，其特征在于，第二模具具有一条在第二送料筒与第二挤出嘴之间连通的通道。

8.如权利要求7所述的挤压模，其特征在于，第二模具的通道从第一和第二模具口起基本上与其垂直地延伸。

9.如权利要求8所述的挤压模，其特征在于，第二模具通道螺旋环绕第一和第二模具口的轴线。

10.如权利要求1所述的挤压模，其特征在于，第一模具具有内腔和与内腔连通以便流过第一模具地循环冷却液的外孔。

11.如权利要求1所述的挤压模，其特征在于，第二模具具有一条在第二送料筒通道和第二模具口之间连通的通道。

12.如权利要求1所述的挤压模，它还包括第三模具，它安装在第二模具上，并具有一个其轴线对准了第一和第二模具口的轴线的模口，第三模具适于将第三材料的熔融层覆盖到第二材料层上而与之形成了叠层产品。

13.如权利要求12所述的挤压模，其特征在于，第三模具具有内环形部分，它构成了由第一和第二材料构成的双层产品的穿行开口，该内环形部分具有与第二模具的下游端接触的上游部，第三模具的外环形部具有与第二模具的下游端轴向间隔开的上游表面；一层绝热材料位于第三模具外环形部的上游表面与第二模具下游端之间。

14.如权利要求1所述的挤压模，其特征在于，第一模具具有锥形的喷嘴外表面，绝热层沿锥形外表面分布。

15.如权利要求14所述的挤压模，其特征在于，第一模具的挤出嘴具有一个与第二模具的一部分一起形成了第二挤出嘴的前边缘。

16.如权利要求15所述的挤压模，其特征在于，第二模具具有一条在第二模具通道和第二模具挤出嘴之间连通的通道；

第二模具通道从第一和第二模具口的轴线起基本上与之垂直地延伸；

第二模具通道螺旋环绕第一和第二模具口轴线。

17.如权利要求1所述的挤压模，其特征在于，绝热材料具有玻璃纤维棉絮的传热性能。

18.如权利要求1所述的挤压模，它还包括一个心轴，它穿过第一模具口和第二模具口，由此第一模具和第二模具适于挤压出多层管子，而且第一模具口和第二模具口的轴线是同轴的。

19.如权利要求18所述的挤压模，它还包括安装在第二模具上的第三模具，它适于将第三材料的熔融层覆盖到第二材料层上而与其形成了叠层产品，该心轴穿过第三模具。

20.一种在明显不同的温度下在第一模具和第二模具中同时挤压至少两层聚合物的方法，其中第一模具有限定出一个模口的挤出嘴，所述模口用于沿一个穿过第一模具口的轴线将第一热固聚合物挤压成预定形状体，第二模具具有带轴线的模口且它用于将热塑聚合物挤压到预定形状体上以便与其形成叠层产品，第二模具与第一模具并列相连，第一和第二模具口的轴线基本上在一条直线上，所述方法包括以下步骤：

在第一温度下通过第一模具口将第一热固聚合物挤压成预定形状体；

在明显高于第一温度的第二温度下通过第二模具口将热塑材料挤压到预定形状体上而形成了第一热固聚合物和热塑聚合物的叠层产品；

使第一模具和第二模具之间绝热并冷却第一模具以便分别将第一热固聚合物和第二热塑聚合物保持在第一和第二预定温度下，至少直到第一热固聚合物和热塑结合分别从第一模具口和第二模具口中被挤压出来为止。

21.如权利要求20所述的方法，其特征在于，第一温度低于220°F。

22.如权利要求21所述的方法，其特征在于，第二温度高于450°F。

23.如权利要求20所述的方法，其特征在于，第二热固材料是在一个明显低于第二预定温度的温度下并且在使第三模具与第二模具之间绝热的情况下通过第二模具附近的第三模具的第三模具口被挤压到热塑聚合物上的。

24.如权利要求23所述的方法，其特征在于，第三模具使其至少一个部分与第二模具相连而其他部分与第二模具间隔开。

25.如权利要求23所述的方法，其特征在于，第二热固材料的温度低于250°F。

26.如权利要求20所述的方法，其特征在于，预定的形状体是一个管子，第一和第二模具口的轴线是同轴的。

27.如权利要求20所述的方法，其特征在于，热固聚合物是FKM含氟聚合物，热塑聚合物是THV含氟聚合物。

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