CN112480549B - 一种低噪音车用聚丙烯复合材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种低噪音车用聚丙烯复合材料及其制备方法，所述低噪音车用聚丙烯复合材料包括以下重量份的组分：50～80重量份的聚丙烯、1～20重量份的交联橡胶粉、0～30重量份的增韧剂、0～30重量份的无机填料、0.2～0.8重量份的抗氧剂和0～0.5重量份的润滑剂，所述交联橡胶粉的粒径为10μm～500μm。本发明的低噪音车用聚丙烯复合材料通过搭配交联橡胶粉与聚丙烯，使得聚丙烯材料表面的粗糙程度增加，降低光泽度的同时，因为也减少了制件间接触面积，从而降低了汽车在行驶过程中制件相互碰撞、摩擦时噪音的产生；另一方面，交联橡胶的存在也提升了材料的韧性。

Description

一种低噪音车用聚丙烯复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及高分子复合材料技术领域，具体涉及一种低噪音车用聚丙烯复合材料及其制备方法。
背景技术
聚丙烯(PP)具有低密度、低成本、耐腐蚀、绝缘性好、优良的综合性能等优点，随着汽车轻量化需求的增长，PP在汽车上的应用呈现不断上涨的趋势，目前用PP制造的汽车零配件很多，如汽车保险杠、门板、立柱护板、座椅护板、各种仪表板、各类汽车内饰等等。
近年来，汽车行业对车内噪音的关注度越来越高，车内噪音主要源于车内部件的摩擦及联合部件间的挤压，噪音非常影响用户的驾驶体验，长期的噪音会损害用户的身心健康。传统手段降低车内噪音如润滑油、毛毡等工序复杂，需要额外的费用及劳动力，因此车用低噪音材料一直是汽车行业的必需品，目前对于车用低噪音材料，主要研究集中于低噪音ABS材料的开发，对PP材料少有涉及，但是由于成本等问题，中低端汽车使用ABS材料的机会并不多，低噪音聚丙烯材料的市场仍然可观。而且在汽车领域之外，聚丙烯在家庭生活方面使用范围也同样广泛，低噪音无疑会给人们带来更好的使用体验，因此在汽车材料领域和生活材料领域，低噪音聚丙烯材料的开发都具有一定的价值和意义。
目前降低聚丙烯材料噪音主要通过以下几种方式实现：降低材料线膨胀系数，减少车内部件的挤压和摩擦，如专利CN 106243518 A中加入短切玻璃纤维、专利CN103080235 A加入具有石墨烯结构的碳材料。添加隔音材料或覆盖隔音层，如专利CN106243518 A中加入硫酸钡隔音材料、专利CN 1919915 A中加入玻璃微珠无机填料、专利CN207052460 U中覆盖的多孔碳材料。改变材料结构，使其具有吸音性能，如专利CN203283070 U使用的蜂窝状吸音EPP材料。以上常用降低噪音的方法可归纳为降低噪音产生的概率和噪音产生后的吸收，而没有涉及到降低产生噪音的大小。而且通过加入短切纤维等方式来降低聚丙烯复合材料的线性膨胀系数，只能降低噪音产生的概率，而不能降低噪音本身；而且复合材料表面外观容易产生浮纤等不良现象，限制了材料的使用范围。通过添加硫酸钡等阻隔噪音的填料，需要添加份数较多，密度增大明显，且牺牲材料力学性能，不利于应用在汽车部件中。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术存在的不足之处而提供一种低噪音车用聚丙烯复合材料及其制备方法。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：一种低噪音车用聚丙烯复合材料，所述低噪音车用聚丙烯复合材料包括以下重量份的组分：50～80重量份的聚丙烯、1～20重量份的交联橡胶粉、0～30重量份的增韧剂、0～30重量份的无机填料、0.2～0.8重量份的抗氧剂和0～0.5重量份的润滑剂，所述交联橡胶粉的粒径为10μm～500μm。
上述的低噪音车用聚丙烯复合材料通过搭配交联橡胶与聚丙烯，使得聚丙烯材料表面的粗糙程度增加，降低光泽度的同时，因为也减少了制件间接触面积，从而降低了汽车在行驶过程中制件相互碰撞、摩擦时噪音的产生；另一方面，交联橡胶的存在也提升了材料的韧性。发明人通过研究还发现，交联橡胶粉的粒径范围为10μm～500μm，交联橡胶粉尺寸过小，只能起到增韧效果，但降低噪音效果一般；交联橡胶尺寸过大，可降低噪音，但是对材料力学性能不利。
优选地，所述交联橡胶粉与所述噪音车用聚丙烯复合材料重量比为(5～15)：(100～102)。
发明人通过研究发现，交联橡胶粉与所述噪音车用聚丙烯复合材料比为(5～15)：(100～102)时，降低噪音的效果更好。
优选地，所述聚丙烯为均聚聚丙烯和共聚聚丙烯中的至少一种，所述聚丙烯在230℃和2.16kg条件下的自熔体流动速率为10g/10min～100g/10min。
优选地，所述的交联橡胶粉为交联后的天然橡胶、交联后的丁苯橡胶、交联后的顺丁橡胶、交联后的异戊橡胶、交联后的氯丁橡胶、交联后的丁基橡胶、交联后的乙丙橡胶中的至少一种。
优选地，所述的增韧剂为高密度聚乙烯、低密度聚乙烯、线性低密度聚乙烯、乙烯-醋酸乙烯共聚物、氢化的乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段共聚物、氢化的苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段共聚物、乙烯-丙烯共聚物、乙烯-辛烯共聚物、三元乙丙胶和聚氨酯的至少一种。
优选地，所述无机填料选自滑石粉、硅灰石、云母粉、碳酸钙和高岭土中的至少一种。
优选地，所述的抗氧剂为酚类抗氧剂、胺类抗氧剂、亚磷酸酯类抗氧剂、半受阻酚类抗氧剂、丙烯酰基官能团与硫代酯的复合物类抗氧剂和杯芳烃中至少一种。
优选地，所述的润滑剂为硬脂酸锌、硬脂酸酰胺、N,N,-亚乙基双硬脂酰胺、油酸酰胺、芥酸酰胺、以及氧化聚乙烯蜡润滑剂中的至少一种。
本发明还提供上述任一所述的低噪音车用聚丙烯复合材料的制备方法，所述方法包括以下步骤：
(1)按照重量配比将聚丙烯、交联橡胶粉、增韧剂、无机填料、抗氧剂和润滑剂在高速混合机中混合3～5min；
(2)将以上混合物从主喂料口投入双螺杆挤出机中，经熔融挤出、拉条、水冷、造粒得到复合材料粒子；所述熔融挤出温度为190～230℃；
(3)将所述复合材料粒子干燥得到所述低噪音车用聚丙烯复合材料。
本发明还提供上述任一所述的低噪音车用聚丙烯复合材料在汽车门板、汽车立柱护板、汽车座椅护板、汽车仪表板或汽车内饰材料中的应用。
本发明的有益效果在于：本发明提供了一种低噪音车用聚丙烯复合材料及其制备方法，本发明的低噪音车用聚丙烯复合材料通过搭配交联橡胶与聚丙烯，使得聚丙烯材料表面的粗糙程度增加，降低光泽度的同时，因为也减少了制件间接触面积，从而降低了汽车在行驶过程中制件相互碰撞、摩擦时噪音的产生；另一方面，交联橡胶的存在也提升了材料的韧性。本发明的低噪音车用聚丙烯复合材料通过降低产生噪音的大小的途径获得了一种低噪音车用聚丙烯复合材料。
具体实施方式
为更好的说明本发明的目的、技术方案和优点，下面将结合具体实施例对本发明作进一步说明。
应用于本发明实施例的低噪音车用聚丙烯复合材料的原材料如下：
共聚聚丙烯牌号：PP 548R，厂家：中海壳牌。在230℃、2.16kg条件下熔体质量流动速率为30g/10min，密度为0.900g/cm3；
交联三元乙丙橡胶粉末，平均粒径1μm；市售
交联三元乙丙橡胶粉末，平均粒径20μm；市售
交联三元乙丙橡胶粉末，平均粒径100μm；市售
交联三元乙丙橡胶粉末，平均粒径400μm；市售
交联三元乙丙橡胶粉末，平均粒径600μm；市售
润滑剂：硬脂酸锌，牌号：GZ 1042，厂家：江西宏远化工有限公司
增韧剂：乙烯-辛烯共聚物，牌号：ENGAGE 7467，厂家：陶氏塑料；
无机填料：滑石粉，牌号：TYT-777A，厂家：辽宁艾海；
抗氧剂：受阻酚类抗氧剂，牌号：1010，厂家：宜兴市天使合成化学；
亚磷酸酯类抗氧剂，牌号：168，厂家：宜兴市天使合成化学。
实施例1
作为本发明实施例的一种低噪音车用聚丙烯复合材料，所述低噪音车用聚丙烯复合材料包括以下重量份的组分：75重量份的聚丙烯、5重量份的交联橡胶粉、10重量份的增韧剂、10重量份的无机填料、0.4重量份的抗氧剂和0.3重量份的润滑剂，所述交联橡胶粉的平均粒径为100μm；所述交联橡胶粉为交联三元乙丙橡胶粉末；
所述润滑剂为硬脂酸锌，所述增韧剂为乙烯-辛烯共聚物，所述无机填料为滑石粉，所述抗氧剂为0.2重量份的受阻酚类抗氧剂和0.2重量份的亚磷酸酯类抗氧剂，所述聚丙烯为共聚聚丙烯。
作为本发明实施例的一种低噪音车用聚丙烯复合材料的制备方法，所述方法包括以下步骤：
(1)按重量比例称取聚丙烯、交联橡胶粉、增韧剂、无机填料、抗氧剂和润滑剂，在高速混合机中混合3～5min；
(2)将以上混合物从主喂料口投入双螺杆挤出机中，一定重量分数的有机填料从侧位投入双螺杆挤出机中；经熔融挤出、拉条、水冷、造粒得到复合材料粒子；双螺杆挤出机的长径比为75:1，挤出温度为190～220℃，螺杆转速为500rpm，总喂料量为800～1200kg/h，真空度≤-0.08bar。
(3)将以上得到的复合材料粒子在烘干罐中120℃干燥4h。
实施例2
作为本发明实施例的一种低噪音车用聚丙烯复合材料，所述低噪音车用聚丙烯复合材料包括以下重量份的组分：70重量份的聚丙烯、10重量份的交联橡胶粉、10重量份的增韧剂、10重量份的无机填料、0.4重量份的抗氧剂和0.3重量份的润滑剂，所述交联橡胶粉的平均粒径为100μm；所述交联橡胶粉为交联三元乙丙橡胶粉末；
所述润滑剂为硬脂酸锌，所述增韧剂为乙烯-辛烯共聚物，所述无机填料为滑石粉，所述抗氧剂为0.2重量份的受阻酚类抗氧剂和0.2重量份的亚磷酸酯类抗氧剂，所述聚丙烯为共聚聚丙烯。
本实施例的低噪音车用聚丙烯复合材料的制备方法除组分和含量外，其余同实施例1。
实施例3
作为本发明实施例的一种低噪音车用聚丙烯复合材料，所述低噪音车用聚丙烯复合材料包括以下重量份的组分：65重量份的聚丙烯、15重量份的交联橡胶粉、10重量份的增韧剂、10重量份的无机填料、0.4重量份的抗氧剂和0.3重量份的润滑剂，所述交联橡胶粉的平均粒径为100μm；所述交联橡胶粉为交联三元乙丙橡胶粉末；
所述润滑剂为硬脂酸锌，所述增韧剂为乙烯-辛烯共聚物，所述无机填料为滑石粉，所述抗氧剂为0.2重量份的受阻酚类抗氧剂和0.2重量份的亚磷酸酯类抗氧剂，所述聚丙烯为共聚聚丙烯。
本实施例的低噪音车用聚丙烯复合材料的制备方法除组分和含量外，其余同实施例1。
实施例4
作为本发明实施例的一种低噪音车用聚丙烯复合材料，所述低噪音车用聚丙烯复合材料包括以下重量份的组分：60重量份的聚丙烯、20重量份的交联橡胶粉、10重量份的增韧剂、10重量份的无机填料、0.4重量份的抗氧剂和0.3重量份的润滑剂，所述交联橡胶粉的平均粒径为100μm；所述交联橡胶粉为交联三元乙丙橡胶粉末；
所述润滑剂为硬脂酸锌，所述增韧剂为乙烯-辛烯共聚物，所述无机填料为滑石粉，所述抗氧剂为0.2重量份的受阻酚类抗氧剂和0.2重量份的亚磷酸酯类抗氧剂，所述聚丙烯为共聚聚丙烯。
本实施例的低噪音车用聚丙烯复合材料的制备方法除组分和含量外，其余同实施例1。
实施例5
作为本发明对比例的一种车用聚丙烯复合材，所述低噪音车用聚丙烯复合材料包括以下重量份的组分：75重量份的聚丙烯、5重量份的交联橡胶粉、10重量份的增韧剂、10重量份的无机填料、0.4重量份的抗氧剂和0.3重量份的润滑剂，所述交联橡胶粉的平均粒径为20μm；所述交联橡胶粉为交联三元乙丙橡胶粉末；
所述润滑剂为硬脂酸锌，所述增韧剂为乙烯-辛烯共聚物，所述无机填料为滑石粉，所述抗氧剂为0.2重量份的受阻酚类抗氧剂和0.2重量份的亚磷酸酯类抗氧剂，所述聚丙烯为共聚聚丙烯。
本对比例的低噪音车用聚丙烯复合材料的制备方法除组分和含量外，其余同实施例1。
实施例6
作为本发明对比例的一种车用聚丙烯复合材，所述低噪音车用聚丙烯复合材料包括以下重量份的组分：75重量份的聚丙烯、5重量份的交联橡胶粉、10重量份的增韧剂、10重量份的无机填料、0.4重量份的抗氧剂和0.3重量份的润滑剂，所述交联橡胶粉的平均粒径为400μm；所述交联橡胶粉为交联三元乙丙橡胶粉末；
所述润滑剂为硬脂酸锌，所述增韧剂为乙烯-辛烯共聚物，所述无机填料为滑石粉，所述抗氧剂为0.2重量份的受阻酚类抗氧剂和0.2重量份的亚磷酸酯类抗氧剂，所述聚丙烯为共聚聚丙烯。
本对比例的低噪音车用聚丙烯复合材料的制备方法除组分和含量外，其余同实施例1。
实施例7
作为本发明实施例的一种低噪音车用聚丙烯复合材料，所述低噪音车用聚丙烯复合材料包括以下重量份的组分：85重量份的聚丙烯、5重量份的交联橡胶粉、10重量份的无机填料、0.4重量份的抗氧剂和0.3重量份的润滑剂，所述交联橡胶粉的平均粒径为100μm；所述交联橡胶粉为交联三元乙丙橡胶粉末；
所述润滑剂为硬脂酸锌，所述无机填料为滑石粉，所述抗氧剂为0.2重量份的受阻酚类抗氧剂和0.2重量份的亚磷酸酯类抗氧剂，所述聚丙烯为共聚聚丙烯。
本实施例的低噪音车用聚丙烯复合材料的制备方法除组分和含量外，其余同实施例1。
实施例8
作为本发明实施例的一种低噪音车用聚丙烯复合材料，所述低噪音车用聚丙烯复合材料包括以下重量份的组分：85重量份的聚丙烯、5重量份的交联橡胶粉、10重量份的增韧剂、0.4重量份的抗氧剂和0.3重量份的润滑剂，所述交联橡胶粉的平均粒径为100μm；所述交联橡胶粉为交联三元乙丙橡胶粉末；
所述润滑剂为硬脂酸锌，所述增韧剂为乙烯-辛烯共聚物，所述抗氧剂为0.2重量份的受阻酚类抗氧剂和0.2重量份的亚磷酸酯类抗氧剂，所述聚丙烯为共聚聚丙烯。
本实施例的低噪音车用聚丙烯复合材料的制备方法除组分和含量外，其余同实施例1。
实施例9
作为本发明实施例的一种低噪音车用聚丙烯复合材料，所述低噪音车用聚丙烯复合材料包括以下重量份的组分：75重量份的聚丙烯、5重量份的交联橡胶粉、10重量份的增韧剂、10重量份的无机填料、0.4重量份的抗氧剂，所述交联橡胶粉的平均粒径为100μm；所述交联橡胶粉为交联三元乙丙橡胶粉末；
所述增韧剂为乙烯-辛烯共聚物，所述无机填料为滑石粉，所述抗氧剂为0.2重量份的受阻酚类抗氧剂和0.2重量份的亚磷酸酯类抗氧剂，所述聚丙烯为共聚聚丙烯。
本实施例的低噪音车用聚丙烯复合材料的制备方法除组分和含量外，其余同实施例1。
对比例1
作为本发明对比例的一种车用聚丙烯复合材，所述低噪音车用聚丙烯复合材料包括以下重量份的组分：80重量份的聚丙烯、10重量份的增韧剂、10重量份的无机填料、0.4重量份的抗氧剂和0.3重量份的润滑剂；
所述润滑剂为硬脂酸锌，所述增韧剂为乙烯-辛烯共聚物，所述无机填料为滑石粉，所述抗氧剂为0.2重量份的受阻酚类抗氧剂和0.2重量份的亚磷酸酯类抗氧剂，所述聚丙烯为共聚聚丙烯。
本实施例的低噪音车用聚丙烯复合材料的制备方法除组分和含量外，其余同实施例1。
对比例2
作为本发明对比例的一种车用聚丙烯复合材，所述低噪音车用聚丙烯复合材料包括以下重量份的组分：75重量份的聚丙烯、15重量份的增韧剂、10重量份的无机填料、0.4重量份的抗氧剂和0.3重量份的润滑剂；
所述润滑剂为硬脂酸锌，所述增韧剂为乙烯-辛烯共聚物，所述无机填料为滑石粉，所述抗氧剂为0.2重量份的受阻酚类抗氧剂和0.2重量份的亚磷酸酯类抗氧剂，所述聚丙烯为共聚聚丙烯。
本实施例的低噪音车用聚丙烯复合材料的制备方法除组分和含量外，其余同实施例1。
对比例3
作为本发明对比例的一种车用聚丙烯复合材，所述低噪音车用聚丙烯复合材料包括以下重量份的组分：75重量份的聚丙烯、5重量份的交联橡胶粉、10重量份的增韧剂、10重量份的无机填料、0.4重量份的抗氧剂和0.3重量份的润滑剂，所述交联橡胶粉的平均粒径为1μm；所述交联橡胶粉为交联三元乙丙橡胶粉末；
所述润滑剂为硬脂酸锌，所述增韧剂为乙烯-辛烯共聚物，所述无机填料为滑石粉，所述抗氧剂为0.2重量份的受阻酚类抗氧剂和0.2重量份的亚磷酸酯类抗氧剂，所述聚丙烯为共聚聚丙烯。
本对比例的低噪音车用聚丙烯复合材料的制备方法除组分和含量外，其余同实施例1。
对比例4
作为本发明对比例的一种车用聚丙烯复合材，所述低噪音车用聚丙烯复合材料包括以下重量份的组分：75重量份的聚丙烯、5重量份的交联橡胶粉、10重量份的增韧剂、10重量份的无机填料、0.4重量份的抗氧剂和0.3重量份的润滑剂，所述交联橡胶粉的平均粒径为600μm；所述交联橡胶粉为交联三元乙丙橡胶粉末；
所述润滑剂为硬脂酸锌，所述增韧剂为乙烯-辛烯共聚物，所述无机填料为滑石粉，所述抗氧剂为0.2重量份的受阻酚类抗氧剂和0.2重量份的亚磷酸酯类抗氧剂，所述聚丙烯为共聚聚丙烯。
本对比例的低噪音车用聚丙烯复合材料的制备方法除组分和含量外，其余同实施例1。
性能试验：
实施例1-9和对比例1-4聚丙烯复合材料性能测试条件：
(1)拉伸强度：按ISO 527/1：2019测试，温度23℃，拉伸速率50mm/min；
(2)弯曲强度：按ISO 178：2019测试，温度23℃，弯曲速率2mm/min；
(3)弯曲模量：按ISO 178：2019测试，温度23℃，弯曲速率2mm/min；
(4)23℃缺口冲击强度：按ISO 180：2000测试；
(5)光泽度：按ISO 2813：2014测试，采用光泽度仪测试，测试角度为60°，测试试样表面为皮纹面；
(6)噪音测试：测试金属压头在塑料板上反复运动过程中的噪音分贝，金属压头载荷20N，速度1000mm/min。
实验结果如表1所示。
表1实施例1-9和对比例1-4聚丙烯复合材料性能
Figure BDA0002802125390000101
Figure BDA0002802125390000111
由表1可知，本发明制备的聚丙烯复合材料通过加入10～500μm粒径的交联橡胶，起到了提升冲击性能的同时，降低材料表面光泽度以及噪音的产生。对比例3-4可知，当加入的交联橡胶粒径过小时，无法起到降低噪音的功效；当橡胶粒径过大时，噪音降低，但是材料冲击性能有一定的衰减。
最后所应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (9)

1.一种低噪音车用聚丙烯复合材料，其特征在于，所述低噪音车用聚丙烯复合材料包括以下重量份的组分：50~80重量份的聚丙烯、1~20重量份的交联橡胶粉、0~30重量份的增韧剂、0~30重量份的无机填料、0.2~0.8重量份的抗氧剂和0~0.5重量份的润滑剂，所述增韧剂、无机填料和润滑剂的用量不为0；
所述交联橡胶粉为交联三元乙丙橡胶粉末；
所述交联橡胶粉的粒径为20 μm ~100 μm；所述交联橡胶粉与所述噪音车用聚丙烯复合材料重量比为（5~15）：（100~102）。
2.根据权利要求1所述的低噪音车用聚丙烯复合材料，其特征在于，所述聚丙烯为均聚聚丙烯和共聚聚丙烯中的至少一种，所述聚丙烯在230℃和2.16kg条件下的自熔体流动速率为10 g/10min ~100g/10min。
3.根据权利要求1所述的低噪音车用聚丙烯复合材料，其特征在于，所述的增韧剂为高密度聚乙烯、低密度聚乙烯、线性低密度聚乙烯、乙烯-醋酸乙烯共聚物、氢化的乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段共聚物、氢化的苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段共聚物、乙烯-丙烯共聚物、乙烯-辛烯共聚物、三元乙丙胶和聚氨酯的至少一种。
4.根据权利要求1所述的低噪音车用聚丙烯复合材料，其特征在于，所述无机填料选自滑石粉、硅灰石、云母粉、碳酸钙和高岭土中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的低噪音车用聚丙烯复合材料，其特征在于，所述的抗氧剂为酚类抗氧剂、胺类抗氧剂、亚磷酸酯类抗氧剂、和杯芳烃中至少一种。
6.根据权利要求1所述的低噪音车用聚丙烯复合材料，其特征在于，所述的润滑剂为硬脂酸锌、硬脂酸酰胺、N,N,-亚乙基双硬脂酰胺、油酸酰胺、芥酸酰胺、以及氧化聚乙烯蜡润滑剂中的至少一种。
7.如权利要求1-6任一所述的低噪音车用聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
（1）按照重量配比将聚丙烯、交联橡胶粉、增韧剂、无机填料、抗氧剂和润滑剂在高速混合机中混合3~5min；
（2）将以上混合物从主喂料口投入双螺杆挤出机中，经熔融挤出、拉条、水冷、造粒得到复合材料粒子；所述熔融挤出温度为190~230℃；
（3）将所述复合材料粒子干燥得到所述低噪音车用聚丙烯复合材料。
8.如权利要求1-6任一所述的低噪音车用聚丙烯复合材料在汽车门板、汽车立柱护板、汽车座椅护板或汽车仪表板中的应用。
9.如权利要求1-6任一所述的低噪音车用聚丙烯复合材料在汽车内饰材料中的应用。
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