CN109868515B - 无油剂纤维制备方法及其所得产品 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种无油剂纤维制备方法及其所得产品，属于纤维制备方法领域，该生产方法连续稳定，所生产产品完全不含油，且纤维气味低。该技术方案中油剂辊处所上油剂用水替代，并在油剂辊和导丝辊之间、二道牵伸机处、三道牵伸机处、卷曲机前端分别加设喷水单元以向纤维丝束喷水以及在热定型机尾端加设喷雾单元以向纤维丝束喷水雾。本发明能够应用于无油剂纤维以及以无油剂纤维为原料的汽车内饰材料或无纺布的生产加工中。

Description

无油剂纤维制备方法及其所得产品

技术领域

本发明属于纤维制备方法领域，尤其涉及一种无油剂纤维制备方法及其所得产品。

背景技术

化学纤维纺丝过程中为了保证纤维有平滑、集束、抗静电等特性，普遍使用油剂。然而，油剂中的某些化学成分对人体是有害的，例如，将使用油剂的化学纤维加工成无纺布用于食品、药品或空气过滤时，油剂中的某些化学成分会进入食品、药品或空气中被人吸收，危害人的身体健康；将使用油剂的化学纤维用于加工麻纤板、玻纤板或其它汽车用内饰材料时，油剂中的化学成分同样会散发出对人体有害的气味，危害人的身体健康。

现有技术中为了脱去化学纤维中的油剂，采用方案之一为将正常上油的纤维丝束制作完毕后，经由水洗洗去油剂，然后烘干、切断。该方案由于增加了一道水洗工序，操作工序费时费力，产量低且成本高，并且纤维上的油剂无法被彻底洗净，仍有部分残留，洗过的水也不可以循环利用，浪费水资源且不环保。采用方案之二则是在生产过程中将从喷丝板挤出的初生纤维经干拉伸和卷曲时不与任何溶液接触，生产出的纤维完全无油。但该方案生产得到的无油纤维的丝束表面会起毛，容易断头和产生静电，断头和静电会导致频繁绕辊，生产难以连续进行，产量低且质量差。因此，如何提供一种更优化的无油剂纤维制备方法，使其既能够保证生产连续稳定、产量高，又能够保证所得产品质量优，将是本领域亟待解决的课题。

发明内容

本发明提出一种无油剂纤维制备方法及其所得产品，该生产方法连续稳定、产量高，所生产产品完全不含油，且纤维气味低、产品质量优。

为了达到上述目的，本发明提供了一种无油剂纤维的制备方法，包括以下步骤：

将原料和/或辅料加入到挤压机中，形成初生纤维后，初生纤维经过油剂辊、导丝辊、一道牵伸机、二道牵伸机、三道牵伸机、叠丝机、卷曲机、热定型机后得到纤维丝束，纤维丝束通过切断机，得到无油剂纤维；其中，所述油剂辊处所上油剂用水替代，并在油剂辊和导丝辊之间、二道牵伸机处、三道牵伸机处、卷曲机前端分别加设喷水单元以向纤维丝束喷水以及在热定型机尾端加设喷雾单元以向纤维丝束喷水雾。

作为优选，所述喷水单元包括水箱、水泵、接水槽和喷头，水箱中的水经由水泵泵送至喷头，利用喷头将水流喷向纤维丝束表面，未被纤维丝束带走的水经由接水槽返回水箱；所述喷雾单元包括水箱、水泵和喷头，水箱中的水经由水泵泵送至喷头，并在压缩空气作用下经由喷头将水雾喷向纤维丝束表面。

作为优选，喷至纤维丝束上的喷水量或喷水雾量以水/水雾覆盖纤维丝束的整体表面为适宜。

作为优选，所用的水为蒸馏水、纯净水或自来水；所述原料选自PP、PET、PA6或PA66；所述辅料选自色母粒或抗氧化剂。

作为优选，将原料和/或辅料加入到挤压机中，形成初生纤维前具体为：

将原料和/或辅料加入到挤压机中，通过挤压机多段加热将原料和/或辅料高温熔融变成熔体，熔体经过滤器除去杂质后，经由管路被送至计量泵，然后到达纺丝组件，经过纺丝组件的喷丝板挤出形成熔体细流后，经过冷却风冷却，形成初生纤维。

本发明提供了一种根据如上技术方案所述的制备方法制备得到的无油剂纤维。

本发明提供了一种利用如上技术方案所述的无油剂纤维生产得到的汽车内饰材料。

作为优选，所述汽车内饰材料选自如上技术方案所述的无油剂纤维与麻纤维混合生产得到的麻纤板、如上技术方案所述的无油剂纤维与玻璃纤维混合生产得到的玻纤板、如上技术方案所述的无油剂纤维与玄武岩纤维混合生产得到的复合板材以及如上技术方案所述的无油剂纤维与碳纤维混合生产得到的复合板材。

作为优选，以质量占比计，无油剂纤维的含量占汽车内饰材料的40-60％，麻纤维、玻璃纤维、玄武岩纤维或碳纤维的含量占汽车内饰材料的60-40％。

本发明提供了一种利用如上技术方案所述的无油剂纤维生产得到的无油剂无纺布。

与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于：

本发明提供的制备方法可在原有适用于短程纺和两步法纺丝设备的配置前提下实施，仅需要将原生产过程中上的油剂用水替换，并在原有设备上增设几处喷水点，即可生产得到与使用油剂生产得到的含油纤维一样顺畅的无油剂纤维，喷水点的设计避免了生产过程中绕辊、断丝的现象，可保证生产连续稳定，产量高，同时，生产过程中使用的水是循环利用的，既环保又经济。由该制备方法制备得到的无油剂纤维由于纤维中不含油剂，因此纤维气味低，产品质量更优。

附图说明

图1为本发明实施例所提供的无油剂纤维纺丝过程示意图；

图2为本发明实施例所提供的喷水单元示意图；

图3为本发明实施例所提供的喷水雾单元示意图；

图4为本发明实施例所提供的麻纤板工艺流程示意图。

具体实施方式

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本发明实施例提供了一种无油剂纤维的制备方法，包括以下步骤：

将原料和/或辅料加入到挤压机中，形成初生纤维后，初生纤维经过油剂辊、导丝辊、一道牵伸机、二道牵伸机、三道牵伸机、叠丝机、卷曲机、热定型机后得到纤维丝束，纤维丝束通过切断机，得到无油剂纤维；其中，所述油剂辊处所上油剂用水替代，并在油剂辊和导丝辊之间、二道牵伸机处、三道牵伸机处、卷曲机前端分别加设喷水单元以向纤维丝束喷水以及在热定型机尾端加设喷雾单元以向纤维丝束喷水雾。

上述实施例提供的方法可在原有适用于短程纺和两步法纺丝设备的配置前提下实施，其优势在于可将原生产过程中上的油剂全部替换为水，使得所生产得到的纤维完全为无油剂纤维。该方法通过在原有设备上增设几处喷水点和喷水雾点，可生产得到与使用油剂生产得到的含油纤维一样顺畅的无油剂纤维，利用该无油剂纤维在加工得到的后续产品，可避免对人体产生伤害。

需要说明的是，无油剂纤维基于其后续用途不同，所具有的断裂强度和断裂伸长率可不同，例如，在将所制备得到的2D纤维用于后续加工无油剂无纺布时，要求其断裂强度≥3.0CN/dtex,对断裂伸长率没有要求；用7D无油剂纤维与麻纤维、玄武岩纤维、碳纤维混合生产复合板材时，要求纤维的断裂强度≥3.0CN/dtex,断裂伸长率≤120％；用7D无油剂纤维与玻璃纤维混合生产复合板材时，要求纤维的断裂强度≥1.0CN/dtex,断裂伸长率≥300％。由此可见，由该方法制备得到的纤维丝束可具有不同的断裂强度和断裂伸长率，本实施例对所生产得到的纤维的断裂强度和断裂伸长率不做具体限定。

在一优选实施例中，将原料和/或辅料加入到挤压机中，形成初生纤维前具体为：将原料和/或辅料加入到挤压机中，通过挤压机多段加热将聚丙烯高温熔融变成熔体，熔体经过滤器除去杂质后，经由管路被送至计量泵，然后到达纺丝组件，经过纺丝组件的喷丝板挤出形成熔体细流后，经过冷却风冷却，形成初生纤维。

上述制备方法中，制备初生纤维的步骤同常规步骤，主要包括挤压机加热、过滤熔体杂质、计量泵计量、喷丝板挤出等步骤，其中，挤压机加热主要可包括7段加热，对于每个环节中所涉及的参数条件详见表1。需要说明的是，表中每个环节涉及的参数条件均为范围条件，例如，1区加热温度对于高强低伸型无油剂纤维而言为230±30℃，即1区加热温度范围为200-260℃，本领域技术人员根据实际生产情况可选择该范围内的任意温度值，例如205、210、215、220、225、230、235、240、245、250、255℃或其它任意温度值。同理，其它环节中的温度范围设定和选择均按照该方式进行选择。可以理解的是，挤压机所包括的加热段数并不局限于7段，不同制造厂家的设备不同，其所包括的加热段数也有所不同，可多可少，本实施例对此并不做限定。

与常规方法不同之处，在于将初生纤维加工为无油剂纤维这部分过程中，生产前，基于原需上油的纺丝设备而言，需要在生产前将原有设备的油剂循环系统清洗干净，清洗后加入水即可。在一优选实施例中，所加入的水根据纤维用途的不同，可以是蒸馏水、纯净水或自来水。在一优选实施例中，所述原料根据需要可选自PP、PET、PA6或PA66中的任意一种。在一优选实施例中，所述辅料选自色母粒或抗氧化剂。例如，白色麻纤板中使用的PP纤维，在制作纤维时可不加其它辅料，然而在制作黑色麻线板时，则需要加入色母粒，换做玻纤板时，则需要加入抗氧剂，黑色的还要加色母粒等等。

如图2-图3所示，初生纤维经过与油剂辊(此时油剂辊上附着的是水，而非油剂)接触上水后，在油剂辊和导丝辊之间设置喷水单元，通过水泵将水喷向纤维丝束表面(喷水点1)，喷水量大小以水能覆盖整个纤维丝束为适宜，纤维丝束未带走的水流回到水箱。被喷过水的纤维丝束经过一道牵伸机、牵伸浴、二道牵伸机和三道牵伸机拉伸，具有了一定的断裂强度和断裂伸长率。可以理解的是，为了有效减少断丝和减轻缠辊，可以将一道牵伸机、二道牵伸机和三道牵伸机各环节中牵伸辊以及牵伸浴加热到一定温度后，再进行牵伸。

为了解决牵伸过程中断丝绕辊和静电绕辊的问题，在二道牵伸机和三道牵伸机上方同时设置了喷水单元(喷水点2、喷水点3)，通过向纤维丝束喷水以克服该问题。经过拉伸的纤维丝束通过叠丝机后，在卷曲前再次被喷水(喷水点4)，这样有利于卷曲的顺利进行。纤维丝束经过卷曲机后，形成具有一定卷曲和抱合的纤维丝束，通过热定型，纤维的内应力得以消除，同时去除部分水分。经过热定型后，为了保证纤维丝束能被顺利切断，在热定型尾端的输送链板上方设置喷雾单元(喷水雾点5)。纤维丝束最后进入切断机被切断成特定长度，得到无油剂短纤维，最后由打包机打包成成品。

对于所得到的无油剂纤维产品用途不同，其纤维丝束的拉伸比不同，例如高强低伸型纤维，拉伸比大，而对于低强高伸型纤维，则拉伸比小。除此之外，通过改变计量泵或快牵速度，可以改变纤维的线密度，线密度范围在1-15D之间，例如还可以为2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14D；通过换用不同的刀盘，可以改变纤维的切断长度，长度范围在3-102mm之间，例如还可以为5、10、20、30、40、50、60、70、80、90、100mm或该范围内的任意长度点值。本发明实施例不局限于得到何种规格的无油剂纤维，本领域技术人员可根据实际生产情况设定。表1中详细列出了不同类型的无油剂纤维的制备参数。

表1不同类型的无油剂纤维的制备参数

在一优选实施例中，所述喷水单元包括水箱、水泵、接水槽和喷头，水箱中的水经由水泵泵送至喷头，利用喷头将水流喷向纤维丝束表面，未被纤维丝束带走的水经由接水槽返回水箱；所述喷雾单元包括水箱、水泵和喷头，水箱中的水经由水泵泵送至喷头，并在压缩空气作用下经由喷头将水雾喷向纤维丝束表面。

上述实施例中列出了优选的喷水单元和喷雾单元的具体结构，需要说明的是，由于在喷水点1-4处正在加工的纤维丝束含有几十万根纤维，拉伸时具有一定的宽度，此时纤维丝束表面的水透过性较差，为了能够让当面通过的纤维丝束表面全部喷上水，所设置的喷水单元应位于待喷水处的正上方且距离丝束表面具有一定高度，水经水泵泵送至喷头后喷出，并在垂直喷撒后呈伞状散开，从而将水喷至纤维丝束表面的每个位置处。在一优选实施例中，喷至纤维丝束上的喷水量或喷水雾量以水/水雾覆盖纤维丝束的上表面为适宜。考虑到喷水点1-4处采用直喷方式将水喷出，水花四溅，水不能全部被丝束带走，因此纤维丝束下方放置接水槽，经由接水槽返回水箱，实现了水的循环利用。与喷水点1-4不同的是，在第5处喷的是水雾，这里主要是因为在第5处是对经过加热定型的纤维丝束进行加湿处理。经热定型后，丝束以松弛状态平铺在输送链板上，因此，仅需喷水雾对其润湿，利于后续切断即可，因此在热定型尾端设置的是喷雾单元。喷雾单元与喷水单元不同之处在于，喷雾单元需在喷头外接入压缩空气，通过压缩空气把水以雾状形态喷出，由于喷出的是水雾，因此，无需设置接水槽。

上述实施例提供的制备方法可优选用于丙纶纤维、涤纶纤维或锦纶纤维的制备，当然，本实施例并不局限于上述化学纤维，只要所要生产的化学纤维原料可与该制备方法匹配，则该制备方法均适用。

本发明实施例提供了一种根据如上述实施例所述的制备方法制备得到的无油剂纤维。本发明所提供的制备方法将原生产过程中上的油剂替换为水，使得所生产得到的纤维完全为无油剂纤维。该方法通过在原有设备上增设几处喷水点和喷水雾点，可生产得到与使用油剂生产得到的含油纤维一样顺畅的无油剂纤维，并且气味明显低于正常上油的纤维，利用该无油剂纤维再加工得到的后续产品，可避免对人体产生伤害。

本发明实施例提供了一种利用如上述实施例所述的无油剂纤维生产得到的汽车内饰材料。上述实施例制备得到的无油剂纤维不含油剂，且气味明显低于正常上油的纤维，考虑到其下游产品在用于复合板材时，因该特点可有效避免对人体产生伤害，效果显著。

在一优选实施例中，所述汽车内饰材料选自如上述实施例所述的无油剂纤维与麻纤维混合生产得到的麻纤板、如上述实施例所述的无油剂纤维与玻璃纤维混合生产得到的玻纤板、如上述实施例所述的无油剂纤维与玄武岩纤维混合生产得到的复合板材以及如上述实施例所述的无油剂纤维与碳纤维混合生产得到的复合板材。如上得到的复合板材气味低、更加环保。

本发明实施例提供了一种利用如上述实施例所述的无油剂纤维生产得到的无油剂无纺布。上述实施例制备得到的无油剂纤维不仅不含油剂且气味明显低于正常上油的纤维，而且相比于含油纤维，过滤效率高且空气阻力低，因此，在单独使用或与其它化学纤维混合加工成无纺布后，可以广泛用于水、油、食品、药品等液体或空气过滤领域中。

在一优选实施例中，以质量占比计，无油剂纤维的含量占汽车内饰材料的40-60％，麻纤维、玻璃纤维、玄武岩纤维或碳纤维的含量占汽车内饰材料的60-40％。可以理解的是，无油剂纤维的含量还可以占总量的45％、50％、55％或上述范围内的任意值，麻纤维、玻璃纤维、玄武岩纤维或碳纤维的含量还可以占总量的55％、50％、45％或上述范围内的任意值，本领域技术人员可根据实际生产需要自行调整。

为了更清楚详细地介绍本发明实施例所提供的无油剂纤维制备方法及其所得产品，下面将结合具体实施例进行描述。

实施例1

把聚丙烯Z30S原料加入到挤压机中，形成初生纤维后，初生纤维经过油剂辊、导丝辊、一道牵伸机、二道牵伸机、三道牵伸机、叠丝机、卷曲机、热定型机后得到纤维丝束，纤维丝束经过切断机切断，得到无油剂短纤维；其中，所述油剂辊处所上油剂用水替代，并在油剂辊和导丝辊之间、二道牵伸机处、三道牵伸机处、卷曲机前端分别加设喷水点以向纤维丝束喷水以及在热定型机尾端加设喷水雾点以向纤维丝束喷水雾。具体各环节参数如表2所示，该表中以生产7D高强低伸型无油剂纤维和7D低强高伸型无油剂纤维为例进行具体说明。需额外说明的是，本实施例并不具体限定上述纤维的线密度，而是在1-15D范围内都适用。

表2 7D无油剂纤维生产参数

实施例2

将实施例1制备得到的7D高强低伸型无油剂纤维和7D低强高伸型无油剂纤维与原正常上油制备得到的7D高强低伸型含油剂纤维和7D低强高伸型含油剂纤维(正常上油纤维的生产工艺与无油剂纤维的生产工艺区别仅仅在于生产过程中使用的纺丝助剂是用油剂还是用水，其它工艺完全相同)从线密度、断裂强度、断裂伸长率、含油率四方面进行对比，其中，四方面的检测方法分别为：GB/T 14335-2008、GB/T 14337-2008、GB/T 14337-2008和GB/T 6504-2008，对比数据参见表3和表4。

表3 7D高强低伸型无油剂纤维和7D低强高伸型无油剂纤维性能数据

表4 7D高强低伸型含油剂纤维和7D低强高伸型含油剂纤维性能数据

由表3和表4数据对比可知，由表3和表4数据对比可知，无油剂纤维的含油率为0％，即不含油剂，而纤维的断裂强度和断裂伸长率基本没有变化；无油剂纤维的气味等级明显低于含油纤维的气味，因为不含油剂，所以更加环保。

实施例3无油剂无纺布

普通无纺布的生产工艺包括：开包→粗开松→落棉斗→精开松→振动给棉→梳理→铺网→喂入→预刺→一道主针刺→二道主针刺→热轧→卷切→成品→检验→包装。

然而，实施例1提供的无油剂纤维没有经过上油，抗静电性能差，不易开松、梳理和铺网，因此，需对普通无纺布设备进行必要改进，具体为：开包→粗开松→给棉斗→精开松→振动棉箱→梳理→铺网→喂入→预刺→一道主针刺→二道主针刺→热轧→卷切→无油剂无纺布→检验→包装，其中，在给棉斗、振动棉箱、铺网机安装静电消除棒，以及在梳理机和铺网机安装离子风机，从而消除纤维与纤维之间、纤维与设备之间摩擦产生的静电，保证整个生产过程连续稳定进行。本实施例以2D无油剂纤维制备无油剂无纺布为例说明，具体生产环节参数详见表5。

表5 2D无油剂纤维制备无油剂无纺布生产环节参数

实施例4

对实施例3生产得到的无油剂无纺布与普通无纺布在过滤效率和空气阻力方面进行对比，测试方法如下，数据参见表6：

过滤效率和空气阻力的测试方法：使用滤料综合性能测试仪进行检测，测试仪采用多分散实验气溶胶(DEHS或NACL)进行定量控制发尘，在洁净气流作用下，通过被试滤料上下游的气溶胶粒子采样和压差测点采样，从而获得无纺布的过滤效率和空气阻力数据。

表6性能数据参数

由表6数据可知，由本发明实施例提供的无油剂纤维制备得到的无油剂无纺布与普通无纺布对比，在过滤效率方面具有显著优势，结合其不含油且气味低的优势，因此可有效用于如水、油、食品、药品等液体过滤中，同时，其空气阻力数据与普通无纺布相当，但考虑到其不含油且气味低，因此，相比普通无纺布也具有一定环保优势。

实施例5

麻纤板、玻纤板以及无油剂纤维与玄武岩纤维混合生产得到的复合板材、无油剂纤维与碳纤维混合生产得到的复合板材的生产工艺与普通麻纤板的生产工艺相同，区别点仅在于所使用的原料不同。工艺流程大体如图4所示。

以下是用7D无油剂PP短纤维和普通含油纤维分别与麻纤维混合在相同条件下生产得到的1400g/m2麻纤毡的性能比较。其中，无油剂PP纤维与麻纤维的配比为50:50。其中，纵、横向断裂强度和断裂伸长率的检测方法如下：

试验仪器：拉力试验机

试验方法：将样品固定在拉力机的上下夹头里，开始试验后，下夹头在电机的带动下，拉着样品向下运动，当样品被拉断时，仪器会自动显示断裂强度和断裂伸长率。对比结果详见表7。

表7无油剂纤维生产的麻纤毡与普通麻纤毡性能比较

序号	项目	单位	无油剂纤维生产的麻纤毡	普通麻纤毡
					1	横向断裂强度	N	1950	1955
2	纵向断裂强度	N	1490	1482
					3	横向断裂伸长率	％	132	130
4	纵向断裂伸长率	％	166	165

由表7数据分析可知，用无油剂纤维生产的麻纤毡与用含油纤维生产的麻纤毡，其断裂强度和断裂伸长率等指标基本没有差异，但因本实施例所提供的无油剂纤维不含油剂，其气味更低，因此，所生产得到的麻纤板的气味更低、更加环保。在将该麻纤板用于汽车内饰材料时，可以有效降低对人体所产生的伤害。

Claims (6)

1.无油剂纤维的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将原料和/或辅料加入到挤压机中，形成初生纤维后，初生纤维经过油剂辊、导丝辊、一道牵伸机、二道牵伸机、三道牵伸机、叠丝机、卷曲机、热定型机后得到纤维丝束，纤维丝束通过切断机，得到无油剂纤维；其中，所述油剂辊处所上油剂用水替代，并在油剂辊和导丝辊之间、二道牵伸机处、三道牵伸机处、卷曲机前端分别加设喷水单元以向纤维丝束喷水以及在热定型机尾端加设喷雾单元以向纤维丝束喷水雾；

所用的水为蒸馏水、纯净水或自来水；所述原料选自PP、PET、PA6或PA66；所述辅料选自色母粒或抗氧化剂；

所述喷水单元包括水箱、水泵、接水槽和喷头，水箱中的水经由水泵泵送至喷头，利用喷头将水流喷向纤维丝束表面，未被纤维丝束带走的水经由接水槽返回水箱；所述喷雾单元包括水箱、水泵和喷头，水箱中的水经由水泵泵送至喷头，并在压缩空气作用下经由喷头将水雾喷向纤维丝束表面；

喷至纤维丝束上的喷水量或喷水雾量以水/水雾覆盖纤维丝束的整体表面为适宜；

将原料和/或辅料加入到挤压机中，形成初生纤维前具体为：将原料和/或辅料加入到挤压机中，通过挤压机多段加热将原料和/或辅料高温熔融变成熔体，熔体经过滤器除去杂质后，经由管路被送至计量泵，然后到达纺丝组件，最后经过纺丝组件的喷丝板挤出形成熔体细流后，经过冷却风冷却，形成初生纤维。

2.根据权利要求1所述的制备方法制备得到的无油剂纤维。

3.利用权利要求2所述的无油剂纤维生产得到的汽车内饰材料。

4.根据权利要求3所述的汽车内饰材料，其特征在于，所述汽车内饰材料选自权利要求2所述的无油剂纤维与麻纤维混合生产得到的麻纤板、权利要求2所述的无油剂纤维与玻璃纤维混合生产得到的玻纤板、权利要求2所述的无油剂纤维与玄武岩纤维混合生产得到的复合板材以及权利要求2所述的无油剂纤维与碳纤维混合生产得到的复合板材。

5.根据权利要求4所述的汽车内饰材料，其特征在于，以质量占比计，无油剂纤维的含量占汽车内饰材料的40-60％，麻纤维、玻璃纤维、玄武岩纤维或碳纤维的含量占汽车内饰材料的60-40％。

6.利用权利要求2所述的无油剂纤维生产得到的无油剂无纺布。

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