CN110027267A - 热塑性复合材料制品及其加工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种热塑性复合材料制品及其加工方法，属于材料领域，热塑性复合材料制品包括多层混合编织纤维布，相邻的混合编织纤维布之间设有粘结树脂，在多层混合编织纤维布的表面覆设有保护膜。本发明实施例提供的热塑性复合材料制品，在普通复合材料上进行纤维增强，可设计性强，纤维增强层选材可以多样性，表面层材料的组合可以多样性，可以使各种材质发挥彼此特长，提升了热塑性复合材料制品的性能和应用范围；改变善了现有复合材料界面相容性，克服了传统复合材料受力时发生的应力发白现象，改善了表面外观，不含胶水，不含低分子挥发物，无挥发性有机化合物排放。
Description
技术领域
本发明涉及材料领域，具体而言，涉及一种热塑性复合材料制品及其加工方法。
背景技术
复合材料是指由两种或两种以上不同物质以不同方式组合而成的材料，由于复合材料具有重量轻、强度高、弹性优良、耐化学腐蚀和耐候性好等特点，已逐步取代木材及金属合金，广泛应用于航空航天、汽车、电子电气、建筑、健身器材等领域。
现有技术中，热塑性树脂增强复合材料的加工方法多采用在增强丝表面覆盖树脂膜，然后加热加压模压法使得增强丝得以浸润，树脂膜在受热后熔融，流淌到增强丝层表面。固态的树脂膜被加热加压后，流淌性并不佳，因此只能部分浸润增强丝。同时，生产中加热后需等待膜熔化，然后还需降温定型，整个升温再降温耗时较长，生产效率低。同时，对增强丝仅仅为部分浸润，不能完全浸润，纤维织物之间含有空气，纤维丝之间不能充分融合，所以增强丝之间的剥离力较差，制成成品后当受到外力作用时，复合材料表面会出现不可逆的应力白纹，对制品的外观有损伤，同时复合材料的整体力学性能也会损失。此外，在长时间温度和压力下，增强丝的强度会有损伤。
现有复合材料中的纤维编织布混合编织纤维布加工温度范围相对较窄，如果温度稍微提高，会使增强纤维丝融化，从而失去增强效能，因此加工温度窗口收到极大限制。因此现有复合材料的应用范围或大或小受到了不同形式的限制。
发明内容
本发明的目的在于提供一种热塑性复合材料制品及其加工方法，热塑性复合材料制品能根据要求自由组合设计，改善现有纤维增强浸润不足和产品应力发白等缺点。
本发明的实施例是这样实现的：
本发明实施例的一方面提供一种热塑性复合材料制品，其包括多层混合编织纤维布，相邻的混合编织纤维布之间设有粘结树脂，在多层混合编织纤维布的表面覆设有保护膜。
可选地，保护膜包括有机膜或无机膜。
可选地，混合编织纤维布采用多种丝束混合通过经纬纺织而成。
可选地，多种丝束包括有机纤维丝或有机纤维丝混合无机纤维丝。
可选地，多种丝束包括第一熔点纤维丝和第二熔点纤维丝，第一熔点纤维丝的熔点高于第二熔点纤维丝的熔点，第一熔点纤维丝的含量在60％-95％之间，第二熔点纤维丝的含量在5％-40％之间。
可选地，热塑性复合材料制品还包括芯层板材，芯层板材与复合保护膜的混合编织纤维布复合。
可选地，芯层板材包括塑料发泡板、塑料中空板、塑料蜂窝板、瓦楞纸板、聚丙烯复合片材、金属蜂窝板中的至少一种。
本发明实施例的另一方面提供一种热塑性复合材料制品的加工方法，其包括将多种丝束混合编织形成混合编织纤维布；对混合编织纤维布进行预加热，预加热的温度高于多种丝束中第二熔点纤维丝的熔点，且低于多种丝束中第一熔点纤维丝的熔点；层叠设置多层混合编织纤维布，在相邻两层混合编织纤维布之间设置粘结树脂；对层叠设置的多层混合编织纤维布挤压粘结；在挤压粘结后的多层混合编织纤维布表面热压复合保护膜。
可选地，在挤压粘结后的多层混合编织纤维布表面热压复合保护膜之后，热塑性复合材料制品的加工方法还包括：对复合保护膜的混合编织纤维布进行定型处理，以得到热塑性复合材料制品。
可选地，对复合保护膜的混合编织纤维布进行定型处理后，热塑性复合材料制品的加工方法还包括：复合保护膜的混合编织纤维布复合芯层板材，制得热塑性复合板材。
本发明实施例的有益效果包括：
本发明实施例提供的热塑性复合材料制品包括多层混合编织纤维布，相邻的混合编织纤维布之间设有粘结树脂，在多层混合编织纤维布的表面覆设有保护膜。本发明实施例提供的热塑性复合材料制品，在普通复合材料上进行纤维增强，可设计性强，纤维增强层选材可以多样性，表面层材料的组合可以多样性，可以使各种材质发挥彼此特长，提升了热塑性复合材料制品的性能和应用范围；改变善了现有复合材料界面相容性，克服了传统复合材料受力时发生的应力发白现象，改善了表面外观，不含胶水，不含低分子挥发物，无VOC(挥发性有机化合物)排放。
本发明实施例提供的热塑性复合材料制品的加工方法包括将多种丝束混合编织形成混合编织纤维布；对混合编织纤维布进行预加热，预加热的温度高于多种丝束中第二熔点纤维丝的熔点，且低于多种丝束中第一熔点纤维丝的熔点；层叠设置多层混合编织纤维布，在相邻两层混合编织纤维布之间设置粘结树脂；对层叠设置的多层混合编织纤维布挤压粘结；在挤压粘结后的多层混合编织纤维布表面热压复合保护膜。本发明实施例提供的热塑性复合材料制品的加工方法，通过连续性生产，生产效率高，成品率高，产品尺寸范围广，热塑性复合材料制品可以一次成型。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明实施例提供的热塑性复合材料制品的生产工艺流程图；
图2为本发明实施例提供的热塑性复合板材的生产工艺流程图。
图标:1-混合编织纤维布；2-预加热设备；3-挤出机模腔；4-挤出机；5-保护膜；6-热辊；7-冷却装置；8-产品片材；9-模具；10-产品壳体；11-注塑机模具；12-第一丝束；13-第二丝束；14-芯层板材；15-双钢带压机；16-热塑性复合板材；17-混合编织纤维片材。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
此外，“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。
在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例一
本实施例提供的热塑性复合材料制品，包括多层混合编织纤维布1，多层混合编织纤维布1之间设有粘结树脂，外层混合编织纤维布1的表面设有保护膜5，保护膜5可以是有机膜，可以是无机膜，也可以是功能膜。有机膜例如PE(聚乙烯)膜、PP(聚丙烯)膜、PVC(聚氯乙烯)膜、PET(聚对苯二甲酸类塑料)膜、PU(聚氨酯)膜、PA(尼龙)膜、PS(聚苯乙烯)膜、PPS(聚苯硫醚)膜、PC(聚碳酸酯)膜、PEEK(聚醚醚酮)膜；功能膜如抗菌膜、导电膜、耐磨膜、防滑膜、织物膜、反光膜等；无机膜如铝膜、不锈钢等。
粘结树脂包括聚丙烯酸酯类、芳香族和脂肪族多甲基丙烯酸酯类、环氧－丙烯酸酯类、磷酸酯类、聚氨酯类、醋酸乙烯类、氰基丙烯酸酯类、马来酸酐接枝类、丙烯酸接枝类、酚醛树脂接枝以及萜烯酚树脂类中的至少一种。
混合编织纤维布1采用多种丝束经纬纺织而成，其中经向与纬向为相同或不同类别的丝束。例如：经向可为PP纤维和PET纤维混合丝束，纬向可为PP纤维和PA纤维混合丝束；纺织方法包括但不仅限于平纹、斜纹、缎纹、针织、经编织物中的任一种。
多种丝束包括多种纤维丝，纤维丝可以为无机纤维丝与有机纤维丝或有机纤维丝与有机纤维丝，例如：PP纤维与PE纤维丝共纺成丝束；PP纤维与PET纤维丝共纺成丝束；或PP纤维与无机纤维共纺成丝束。
有机纤维丝包括聚乙烯纤维、聚丙烯纤维、PET纤维、PA纤维、聚氯乙烯纤维、聚丙烯腈纤维、聚乙烯醇缩醛纤维、氨纶、芳纶、棉麻纤维、粘胶纤维等纤维丝中的至少一种。
无机纤维丝包括玻璃纤维、金属纤维、玄武纤维、碳纤维、石棉纤维丝中的至少一种。
多种丝束包括第一熔点纤维丝和第二熔点纤维丝，第一熔点纤维丝的熔点高于第二熔点纤维丝的熔点，第一熔点纤维丝的含量在60％-95％之间，第二熔点纤维丝的含量在5％-40％之间。
采用不同熔点且材质不同的纤维丝混纺成丝束，其中，第一熔点纤维丝的熔点高于第二熔点纤维丝的熔点，不同熔点的纤维丝的含量可采用第一熔点纤维丝的含量在60％-95％之间，第二熔点纤维丝的含量在5％-40％之间，这样的含量设置使得混合编织纤维布1的性能更优良；然后将丝束纺织成混合编织纤维布1，将织成的混合编织纤维布1进行层层叠加，可以是一层或者多层。叠加时可采用层与层之间相同或者不同材质的混合编织纤维布1，例如：有机层-有机层或有机层-无机层-有机层等。层和层之间通过粘结树脂粘结，然后表面复合保护膜5，经热压、冷却成型，得到本实施例的热塑性复合材料制品。
热塑性复合材料制品还可包括芯层板材14，芯层板材14包括塑料发泡板、塑料中空板、塑料蜂窝板、瓦楞纸板、GMT板、金属蜂窝板中的至少一种。
具体地，上述的热塑性复合材料制品再和其他结构材料(芯层板材14)经过加热，冷却定型后则得到热塑性复合板材16，热塑性复合板材16为本实施例的热塑性复合材料制品的其中一种具体形态。
本实施例提供的热塑性复合材料制品，丝束是由不同熔点纤维丝混纺而成，加热时第二熔点纤维丝(低熔点纤维丝)会发生表面熔融，微观上为微连结构。纤维丝可以全为有机纤维丝，也可以是有机与无机纤维丝的混合，也可以是不同纤维丝混纺，纺成混合编织纤维布1后，多层混合编织纤维布1的层与层之间通过粘结树脂粘结，层之间为强有力的粘结，通过每层的混合编织纤维布1增强热塑性复合材料制品的综合性能，每层的混合编织纤维布1成为纤维增强层。
本实施例提供的热塑性复合材料制品，在普通复合材料上进行纤维增强，可设计性强，纤维增强层选材可以多样性，表面层材料的组合可以多样性，可以使各种材质发挥彼此特长，大大提升了热塑性复合材料制品的性能和应用范围；纤维增强层各层之间的连接致密性和整体性，可以实现高比强度，高比模量，高韧性，高刚度，具有优秀的防水性，抗污性，耐酸碱，耐化学，较好的尺寸稳定性，低密度，耐低温，可重复加工，回收利用，不含胶水，不含低分子挥发物，无VOC排放。本实施例提供的热塑性复合材料制品，改变善了现有复合材料界面相容性，克服了传统复合材料受力时发生的应力发白现象，改善了表面外观。
本实施例提供的热塑性复合材料制品可广泛应用于交通领域、军事防护、个人防护、产品包装、体育用品、生活用具、建筑领域、工业板材以及其它如包括但不仅限于制备汽车底盘护甲、电动车外壳、防弹衣、防爆盾牌、安全头盔、滑雪板、运动护具、包装箱、儿童安全座椅、航天飞行器、航空周转箱、游艇、建筑物模板隔断、箱式货卡箱体外壳、广告牌等领域。
实施例二
以生产安全头盔壳体为例，本发明的热塑性复合材料制品的加工方法主要包括以下几个步骤：
(1)、选择PP纤维和PET纤维，根据设定的纤维含量混合成混合纤维丝束，示例地，PP纤维含量在5-40％之间，PET纤维含量在60-95％之间，本实施例优选PP纤维含量在15-30％之间，PET纤维含量在70-85％之间。
(2)、将混合纤维丝束经纬编织成混合编织纤维布1后收卷备用，编织时可使用平纹、斜纹、缎纹、针织、经编中的一种，如图1所示，本实施例优选斜纹。
(3)、将一层或者多层混合编织纤维布1卷平行放卷收到一个烘箱中先进行预加热，预加热的温度高于多种丝束中第二熔点纤维丝的熔点，且低于多种丝束中第一熔点纤维丝的熔点，即预加热的温度高于低熔点纤维丝的熔点，且低于高熔点纤维丝的熔点，这样使第二熔点纤维丝(低熔点纤维丝)表面微融，但是又不会融化第一熔点纤维丝(高熔点纤维丝)。
需要说明的是，本实施例的高熔点纤维丝和低熔点纤维丝是相对而言的，两种纤维丝中其中一种的熔点高于另一种时，则熔点相对高的为高熔点纤维丝，熔点相对低的为低熔点纤维丝。
示例地，如图1所示，将从收卷机卷起的混合编织纤维布1放卷，使三层混合编织纤维布1进入预加热设备2，当然也可以是多层混合编织纤维布1进入预加热设备2，本实施例对此不作具体限定。
(4)、预加热后，平铺的三层混合编织纤维布1进入挤出机模腔3，挤出机4横向挤出粘结树脂到挤出机模腔3，使粘结树脂均匀地涂敷在每层混合编织纤维布1的两面，使三层混合编织纤维布1粘结为一层混合编织纤维布1。
三层混合编织纤维布1进入挤出机模腔3内，由一个或多个横向的挤出机摸头挤入粘结树脂，可根据需要从模头挤入不同粘结树脂，用于将不相同的异相的布充分粘结起来。粘结树脂是经过螺杆挤出机加热的融化流动态的，经挤出机模头均匀涂在了每层进布的表面。
(5)、从挤出机模腔3出来的粘结成一层的混合编织纤维布1经热压复合设备热压复合，其中热压复合设备可以是热辊，也可以是双钢带压机15，本例优选热辊6；在热压复合的过程中向混合编织纤维布1中加入保护膜5，保护膜5可为PP、PET或者PC膜，可以提高产品的表面耐磨性和耐刮性，本例优选PET膜。
向挤出机模腔3中出来的一层或多层混合编织纤维布1加上引入的保护膜5层(例如有机膜，功能膜或无机膜，有机膜例如PET膜、PC膜等，功能膜如抗菌膜、导电膜、耐磨膜、织物膜等，无机膜有铝膜、不锈钢等)经热辊热压。
(6)、经热压后的混合编织纤维布1进入冷却装置7定型，裁剪得到产品片材8。
(7)、产品片材8经模具9热压成产品壳体10(安全头盔壳体)。
(10)、产品壳体10放入注塑机模具11内再注入发泡材料，成型为一体式产品(安全头盔)。
表1.实施例一的安全头盔壳体和现有头盔壳体材料性能
本实施例采用了纤维增强的热塑性复合材料制品制备成安全头盔壳体，和传统塑料相比，其重量可以降低20％左右，冲击强度可提高到4-8倍，拉伸强度提高到4-6倍，产品的使用寿命可以提高到3-5倍，大大提升了安全头盔安全性，舒适性和使用寿命；由于本发明的热塑性复合材料制品为编织三明治结构，安全头盔壳体受到外力冲击受损时不会产生碎片和裂纹，避免对人体造成二次危害，安全头盔壳体的片材为连续生产制作，生产效率高，加工成本低；由于采用不同的纤维，不同的编织方式，不同的表面保护膜5，可以使头盔外观的样式具有多样性。
本实施例的安全头盔壳体和结构泡沫一起注塑成型，使之为统一的整体，作为吸能功能的结构泡沫可以和头盔壳体紧密的连接在一起，当受外力冲击时，整个安全头盔壳体能充分吸能，降低对人体产生的伤害，大大提升了其保护性能。
实施例三
本实施例用于说明本发明采用了纤维增强的热塑性复合材料制品作为中空芯层复合材料面板连续制备方法。
(1)、第一丝束12选择PP纤维和PET混合丝束，第二丝束13由PP纤维和玻璃纤维混合丝束，PP纤维含量在10-30％之间，PET纤维含量在70-90％之间，玻璃纤维丝含量在70-90-％之间。
(2)、第一丝束12和第二丝束13分别经编成布，可以使平纹、斜纹、缎纹、针织中的一种，本例优选斜纹。
(3)、上述(2)编织布分三层或者多层由到收卷机下来平铺进入预加热设备2中，本例优选三层，如图2所示，其中第一层和第三层为第一丝束12编织的混合编织纤维布1，第二层(中间层)为第二丝束13经编的混合编织纤维布1。
(4)、预加热后，将上述(3)中平铺的三层混合编织纤维布1进入挤出机模腔3，挤出机4横向挤出粘结树脂到挤出机模腔3，使粘结树脂均匀地涂敷在每层混合编织纤维布1的两面。
(5)、从挤出机模腔3出来的涂有粘结树脂的混合编织纤维布1经热压复合设备热压复合，热压复合设备可以是热辊，也可以是双钢带压机15，本例优选热辊6；在热压复合的过程中向混合编织纤维布1中加入保护膜5，本实施例中保护膜5为铝片，可以提高产品的表面硬度和金属质感，得到混合编织纤维片材17。
(8)、然后混合编织纤维片材17进入双钢带压机15并引入芯层板材14，经热压复合设备热压冷却复合制得热塑性复合板材16，热压复合设备可以是热辊6，也可以是双钢带压机15，本例优选双钢带压机15。芯层板材14可以为塑料发泡板、塑料中空板、塑料蜂窝板、瓦楞纸板、金属蜂窝板以及GMT板材等，本实施例中芯层板材14为EPS发泡板(聚苯乙烯泡沫板)。
混合编织纤维片材17还可以再经加热、表面放粘结树脂膜、加热熔融，再复合其他结构材料。例如，瓦楞纸、蜂窝板、发泡材料等。
本实施例制得的热塑性复合板材16因为采用有机复合纤维作为面板，最大限度的降低了产品的比重，同时含有部分无机纤维，使得制品仍然保持较高的刚度，且综合性能得到大幅提高，具有较高的拉伸强度、耐冲击强度、耐低温性、以及隔音保温的性能，而且低温下仍然保持良好的性能，大幅度提高产品的使用寿命，拓展了产品使用的领域。
本实施例采用很薄(厚度在0.1mm-1mm之间)的铝制品(铝片)作为最外层，可以使产品获得金属的质感以及较好的表面强度，同时大大降低了金属材质的使用量；还可以有效抵挡紫外线的侵害，大幅度提高产品的使用寿命，拓展了产品使用的领域。
本实施例可以根据要求，自由组合设计热塑性复合板材16的每层组分，可以适用各种不同的技术要求。
以上为本发明的三个实施例，本发明提供了一种产品性能可以根据要求自由组合设计的热塑性复合材料制品，本热塑性复合材料制品改善了纤维增强浸润不足、产品应力发白、生产温度窗口过窄、加工效率过低、尺寸局限等缺点，应用其制作的产品实现了超轻、超强、超刚、耐撞以及表面多功能的要求。
本发明的热塑性复合材料制品生产设备为连续性生产装置，生产效率高，成品率高，产品尺寸范围广，热塑性复合材料制品可以一次成型。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种热塑性复合材料制品，其特征在于，包括多层混合编织纤维布，相邻的所述混合编织纤维布之间设有粘结树脂，在多层所述混合编织纤维布的表面覆设有保护膜。
2.根据权利要求1所述的热塑性复合材料制品，其特征在于，所述保护膜包括有机膜或无机膜。
3.根据权利要求1所述的热塑性复合材料制品，其特征在于，所述混合编织纤维布采用多种丝束混合通过经纬纺织而成。
4.根据权利要求3所述的热塑性复合材料制品，其特征在于，多种所述丝束包括有机纤维丝或有机纤维丝混合无机纤维丝。
5.根据权利要求3所述的热塑性复合材料制品，其特征在于，多种所述丝束包括第一熔点纤维丝和第二熔点纤维丝，所述第一熔点纤维丝的熔点高于所述第二熔点纤维丝的熔点，所述第一熔点纤维丝的含量在60％-95％之间，所述第二熔点纤维丝的含量在5％-40％之间。
6.根据权利要求1所述的热塑性复合材料制品，其特征在于，所述热塑性复合材料制品还包括芯层板材，所述芯层板材与复合所述保护膜的混合编织纤维布复合。
7.根据权利要求6所述的热塑性复合材料制品，其特征在于，所述芯层板材包括塑料发泡板、塑料中空板、塑料蜂窝板、瓦楞纸板、聚丙烯复合片材、金属蜂窝板中的至少一种。
8.一种热塑性复合材料制品的加工方法，其特征在于，包括：
将多种丝束混合编织形成混合编织纤维布；
对所述混合编织纤维布进行预加热，预加热的温度高于多种所述丝束中第二熔点纤维丝的熔点，且低于多种所述丝束中第一熔点纤维丝的熔点；
层叠设置多层所述混合编织纤维布，在相邻两层所述混合编织纤维布之间设置粘结树脂；
对层叠设置的多层所述混合编织纤维布挤压粘结；
在挤压粘结后的多层所述混合编织纤维布表面热压复合保护膜。
9.根据权利要求8所述的热塑性复合材料制品的加工方法，其特征在于，所述在挤压粘结后的多层所述混合编织纤维布表面热压复合保护膜之后，所述方法还包括：
对复合保护膜的所述混合编织纤维布进行定型处理，以得到热塑性复合材料制品。
10.根据权利要求9所述的热塑性复合材料制品的加工方法，其特征在于，对复合保护膜的所述混合编织纤维布进行定型处理后，所述方法还包括：
所述复合保护膜的混合编织纤维布复合芯层板材，制得热塑性复合板材。
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20190719 |
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