CN114347589A - 一种复合材料层及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本申请提供了一种复合材料层及其制备方法，复合材料层包括第一抗氧化金属层、镁基合金层和塑胶层，所述第一抗氧化金属层和所述塑胶层分别设置在所述镁基合金层的上表面和下表面。本申请的复合材料层为中间一层为镁基合金层的三层结构，镁基合金层密度小，强度高，且位于镁基合金层两侧的第一抗氧化金属层和塑胶层能够防止镁基合金层产生化学反应，保证了镁基合金层的结构稳定性，从而使本申请的复合材料层能够在保证强度或者刚度的同时具有较小的重量。
Description
技术领域
本申请属于复合材料技术领域，具体地，涉及一种复合材料层及其制备方法。
背景技术
随着科学技术的发展与生活水平的提高，电子设备已经以适应不同应用情景方式迅速融入人们的生活中，极大的丰富人们的娱乐生活。特别随着近年来迅速发展的AR/VR技术，让人们以一种前所未有的浸入方式来体验不一样科技感。目前，作为电子设备的壳体均会具有较佳的强度和刚度，以避免电子设备的壳体由于受外力而变形甚至损坏，影响消费者的使用体验。但是能够使电子设备的壳体具有较佳的强度和刚度等的材料的重量均较重。重量较大的电子设备被消费者长时间使用会使消费者产生疲劳等不佳的使用体验，尤其是随着AR/VR技术发展起来的可穿戴设备会更容易使消费者产生疲劳感，进而降低消费者的使用体验。
发明内容
本申请旨在提供一种复合材料层及其制备方法，解决现有电子设备的壳体如何在保证强度或者刚度的同时具有较小的重量的问题。
第一方面，本申请提供了一种复合材料层，包括第一抗氧化金属层、镁基合金层和塑胶层，所述第一抗氧化金属层和所述塑胶层分别设置在所述镁基合金层的上表面和下表面。
可选地，所述第一抗氧化金属层的材质为铝合金，或者铝基碳化硅，或者钛合金。
可选地，所述镁基合金层的材质为镁锂合金。
可选地，所述第一抗氧化金属层的厚度为0.03mm-2mm或0.2mm。
可选地，所述镁基合金层的厚度为0.2mm-5mm或0.8mm。
可选地，所述第一抗氧化金属层远离所述镁基合金层的一侧具有装饰层。
可选地，所述塑胶层设置有凹槽和/或凸部。
可选地，还包括第二抗氧化金属层，所述第二抗氧化金属层设置在所述镁基合金层和所述塑胶层之间。
第二方面，本申请提供了一种复合材料层的制备方法，用于制备以上所述的复合材料层，包括：
将所述第一抗氧化金属层和所述镁基合金层复合，形成复合材料；
将所述复合材料冲压成型；
对冲压成型的所述复合材料上的所述镁基合金层进行清洁处理并在所述镁基合金层上设置塑胶层。
可选地，对所述复合材料上的所述镁基合金层进行清洁处理前，对所述复合材料进行毛化处理。
可选地，对所述复合材料上的所述镁基合金层进行清洁处理前，在所述第一抗氧化金属层上设置保护膜层；
对所述复合材料上的所述镁基合金层进行清洁处理后，去除所述保护膜层。
可选地，在所述镁基合金层上设置塑胶层，包括：
所述镁基合金层与所述塑胶层一体注塑成型；
或者，
所述塑胶层粘接在所述镁基合金层上。
可选地，对所述复合材料上的所述第一抗氧化金属层进行阳极氧化处理。
可选地，所述将所述第一抗氧化金属层和所述镁基合金层复合，包括将所述第一抗氧化金属层和所述镁基合金层热轧复合。
申请的一个技术效果在于，复合材料层为中间一层为镁基合金层的三层结构，镁基合金层密度小，强度高，且位于镁基合金层两侧的第一抗氧化金属层和塑胶层能够防止镁基合金层产生化学反应，保证了镁基合金层的结构稳定性，从而使本申请的复合材料层能够在保证强度或者刚度的同时具有较小的重量。
通过以下参照附图对本申请的示例性实施例的详细描述，本申请的其它特征及其优点将会变得清楚。
附图说明
被结合在说明书中并构成说明书的一部分的附图示出了本申请的实施例，并且连同其说明一起用于解释本申请的原理。
图1是本申请提供的一种电子设备的壳体的剖面结构示意图。
附图标记：
1、第一抗氧化金属层；2、镁基合金层；3、塑胶层；4、凹槽。
具体实施方式
现在将参照附图来详细描述本申请的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本申请的范围。
以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本申请及其应用或使用的任何限制。
对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。
在这里示出和讨论的所有例子中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它例子可以具有不同的值。
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讨论。
第一方面，本申请提供了一种复合材料层，如图1所示，包括第一抗氧化金属层1、镁基合金层2和塑胶层3。所述第一抗氧化金属层1的化学特性不活泼，不易与外界的空气等物质发生化学反应，能够对电子设备的外壳形成较佳的保护。另外，所述第一抗氧化金属层1可以进行装饰，能够提高本申请的电子设备的外观表现力。比如在所述第一抗氧化层上进行化学处理，以在所述第一抗氧化金属层1上形成图案。又比如在所述第一抗氧化金属层1上通过物理手段设置有用于装饰的部分，具体可以为在所述金属层外表面喷涂漆料。
所述镁基合金层2的密度小，且具有一定的强度或刚度。所述镁基合金层2在整个电子设备的壳体中起到主要的支撑作用，使电子设备的外壳维持预定的形状，并且使电子设备的外壳具有抵抗一定外力冲击的能力。能够使电子设备的外壳能够起到的较佳的保护作用，使电子设备内的部件不易损坏。
所述第一抗氧化金属层1和所述塑胶层3分别设置在所述镁基合金层 2的上表面和下表面，也就是说，所述第一抗氧化金属层1固定设置在所述镁基合金层2的上表面，所述塑胶层3固定设置在所述镁基合金层2的下表面，从而形成三层叠加的壳体结构。能够使第一抗氧化层1和塑胶层 3阻止所述镁基合金层2与外界接触，进而防止所述镁基合金层2发生化学反应。其中，所述第一抗氧化金属层1可以通过粘接、焊接或者热轧的方式与所述镁基合金层2固定在一起，所述塑胶层3能够通过胶粘或者一体注塑等方式与所述镁基合金层2固定连接。
另外，所述塑胶层3起到一定的支撑和缓冲作用，能够使电子设备的外壳能够承受一定的冲击，并且能够减小上述冲击损坏电子设备内的部件的风险。且所述塑胶层3上容易成型有复杂结构，便于装配。所述塑胶层 3的材质可以为ABS,POM,PC等。
本申请的复合材料层为中间一层为镁基合金层2的三层结构，镁基合金层2密度小，强度高，且位于镁基合金层2两侧的第一抗氧化金属层1 和塑胶层3能够防止镁基合金层2产生化学反应，保证了镁基合金层2的结构稳定性，从而使本申请的复合材料层能够在保证强度或者刚度的同时具有较小的重量。
进一步地，所述第一抗氧化金属层1的密度大于所述镁基合金层2的密度，所述镁基合金层2的密度大于所述塑胶层3的密度，也就是说，单位体积下的所述第一抗氧化金属层1的重量大于单位体积下的所述镁基合金层2的重量，单位体积下的所述镁基合金层2的重量大于单位体积下的所述塑胶层3的重量。同时，所述第一抗氧化金属层1的厚度小于所述镁基合金层2的厚度，而其中所述塑胶层3的厚度可以根据实际需要而定，比如需要在塑胶层3上开设槽来设置电子设备中的某一部件时，可以将塑胶层3设置较厚，相反，不需要在塑胶层3上开槽等来设置电子设备中的某一部件时，可以将塑胶层3设置较薄。换句话说，在不考虑塑胶层3的厚度时，使密度越大的第一抗氧化金属层1的厚度越薄，使密度相对较小的所述镁基合金层2的厚度越大，能够尽可能的减小所述复合材料层的重量。
可选地，至少在所述第一抗氧化层的连接面上具有数量繁多的第一凸部，相邻所述第一凸部之间形成有第一凹槽，至少在所述镁基合金层2与所述第一抗氧化金属层1相接的连接面上具有第二凸部，相邻所述第二凸部之间形成有第二凹槽。当所述第一抗氧化金属层1与所述镁基合金层2 之间进行连接时，使所述第一抗氧化金属层1的连接面与所述镁基合金层 2的连接面连接在一起，能够增大所述第一抗氧化金属层1与所述镁基合金层2之间的结合力，使上述两层之间不易分离。其中，所述凸部的端部可以为尖角。
比如，所述第一抗氧化金属层1与所述镁基合金层2之间通过胶粘连接时，粘接胶能够分别进入所述第一凹槽和所述第二凹槽，增大了所述第一抗氧化金属层1与所述镁基合金层2之间的连接面积，进一步地，在胶粘的情况下，所述第一凸部能够插入所述第二凹槽，所述第二凸部能够插入所述第一凹槽，能够进一步加大所述第一抗氧化金属层1与所述镁基合金层2之间的连接面积，进而进一步增大二者之间的结合力，使连接后的二者能够承受更大的冲击力而不分离。又比如，将所述第一抗氧化金属层 1与所述镁基合金层2之间通过轧制的手段进行连接的过程中，所述第一抗氧化金属层1能够通过所述第一凸部伸入所述第二凹槽内而进入所述镁基合金层2，所述镁基合金层2能够通过所述第二凸部伸入所述第一凹槽内而进入所述第一抗氧化金属层1，从而增大二者之间的结合力。
可选地，所述第一抗氧化金属层1的材质为铝合金。所述铝合金能够在其外表面形成氧化膜，该氧化膜不易与外界的空气等物质发生化学反应，能够避免位于中间层的镁基合金层2生成化学反应，进而能够对电子设备的外壳形成较佳的保护。进一步地，所述铝合金方便进行装饰，以提高本申请的电子设备的外观表现力。比如，当铝合金材质采用常见铝合金牌号如1050铝合金、5052铝合金、6013铝合金等，能够对铝合金进行阳极氧化处理，使铝合金表面生成用于装饰的图案，提高了穿戴设备的美观程度，同时，对铝合金进行阳极氧化处理，能够使铝合金外表面具有高硬度和高耐磨性，进一步增大了壳体的可靠性。
另外，所述第一抗氧化金属层1的材质也可以为铝基碳化硅或者钛合金。其中，铝基碳化硅是一种陶瓷与金属结合的复合材料，兼具陶瓷和金属的优点，其耐磨性好、耐腐蚀、尺寸稳定性高且比强度高，能够有效地使镁基合金层2与外界环境隔离，避免镁基合金层2发生化学反应。将铝基碳化硅作为本申请复合材料层的外层，能够使本申请复合材料层作为壳体的电子设备得到更佳的保护。钛合金是一种重要的结构金属，钛合金具有强度高、耐蚀性好、耐热性高的优点，也能够有效地使镁基合金层2与外界环境隔离，同时能够抵抗一定的外力冲击，能够起到一定的保护作用。
可选地，所述镁基合金层2的材质为镁锂合金。镁锂合金在结构金属材料中密度最低，且强度高，并能够收冲击能量，减震降噪效果好，在屏蔽电磁干扰方面,镁锂合金也有突出表现。镁基合金层2作为本申请的主要组成部分，能够使本申请的复合材料层具有较轻的重量，促进了电子设备壳体的轻量化发展，同时，能够使本申请的复合材料层具有较高的结构稳定性，能够可靠的保护以本申请复合材料层为壳体的电子设备。所述镁基合金层2可采用的牌号可以为AZ31、LZ91、LA141等镁合金材料。
作为一种具体的实施方式，位于外侧的所述第一抗氧化金属层1的材质为铝合金，位于中部的所述镁基合金层2的材质为镁锂合金，最内侧的一层的材质为塑胶，能够兼顾上述各个材质的优点，使本申请的复合材料层能够具有较佳的强度或者刚度，且具有较轻的重量，同时能够易成型复杂结构，便于装配。
可选地，所述第一抗氧化金属层1的厚度为0.03mm-2mm，该厚度范围使第一抗氧化金属层1能够可靠地使外部环境与所述镁基合金层2隔绝，避免所述镁基合金层2发生化学反应，同时能够使所述第一抗氧化金属层 1具有一定的抵抗外力摩擦或冲击的能力，避免所述第一抗氧化金属层1 被轻易破坏而使所述镁基合金层2暴露在外部环境的情况，能够对所述镁基合金层2起到进一步的保护作用。所述第一抗氧化层的厚度可以选为 0.2mm，该厚度下的所述第一抗氧化金属层1达到的综合效果最佳，既能可靠地保护所述镁基合金层2，又能够降低制造成本。
可选地，所述镁基合金层2的厚度为0.2mm-5mm，该厚度范围使所述镁基合金层2在本申请的复合材料层中占据一定的体积，能够显著减轻本申请的复合材料层的重量，同时能够使所述镁基合金层2起到主要的支撑作用，并使本申请的复合材料层能够承受外部冲击，从而能够有效地保护具有本申请复合材料层制造的外壳的电子设备。所述镁基合金层2的厚度可以选为0.8mm，该厚度下的所述镁基合金层2达到的综合效果最佳，即能够使所述镁基合金层2起到支撑、保护作用，同时也能够降低制造成本。
可选地，所述第一抗氧化金属层1远离所述镁基合金层2的一侧具有装饰层，所述装饰层能够使本申请的复合材料层具有较佳的外观表现力。所述装饰层可以为喷涂在第一抗氧化金属层1表面的漆料层。也可以为在所述第一抗氧化金属层1上进行化学处理形成的图案层，比如当所述第一抗氧化金属层1为铝合金时，对铝合金进行阳极氧化处理而在其表面形成有作为装饰层的图案层。
可选地，所述塑胶层3设置有凹槽4和/或凸部，便于通过塑胶层3 上的凹槽4和/或凸部与其他部件形成配合关系，实现其它部件的装配或者定位。同时，所述塑胶层3上容易形成凹槽4和/或凸部。比如所述塑胶层 3在注塑成型时就具有上述的凹槽4和/或凸部，或者，在所述塑胶层3成型后，通过挖槽等手段形成上述的凹槽4和/或凸部。
可选地，还包括第二抗氧化金属层，所述第二抗氧化金属层设置在所述镁基合金层2和所述塑胶层3之间。所述镁基合金层2容易与外界环境接触而发生化学反应，影响所述镁基合金层2与塑胶层3的连接效果，甚至可能会影响所述镁基合金层2支撑、保护效果，因此在所述镁基合金层 2的两侧同时设置有所述第一抗氧化金属层1和所述第二抗氧化金属层，能够可靠地防止所述镁基合金层2与外界环境接触而发生化学反应。举例来说，当本申请的复合材料层不设置有第二抗氧化金属层的情况下，将塑胶层3设置在所述镁基合金层2的过程中，所述镁基合金层2一侧必然会暴露在外部环境下并持续一定时间，才能将所述塑胶层3设置在所述镁基合金层2上。而所述镁基合金层2暴露在外部环境时，镁基合金层2暴露的部分会发生化学反应，可能影响所述镁基合金层2与塑胶层3的连接效果，甚至会影响所述镁基合金层2支撑、保护的效果。如果在所述镁基合金层2两侧分别设置有所述第一抗氧化金属层1和所述第二抗氧化金属层，就能减小所述镁基合金层2暴露在外部环境的几率，从而避免所述镁基合金层2容易与外界环境接触而发生化学反应的问题，保证所述镁基合金层 2与塑胶层3的连接效果，同时能够保证所述镁基合金层2的支撑、保护效果。
第二方面，本申请提供了一种复合材料层的制备方法，用于制备以上所述的复合材料层，包括：
对所述第一抗氧化金属层1和所述镁基合金层2复合，形成复合材料。
其中，所述第一抗氧化金属层1和所述镁基合金层2能够通过粘接、焊接或者轧制等方法复合。以所述第一抗氧化金属层1和所述镁基合金层 2通过轧制复合为例，具体操作流程可以为：
首先，选取尺寸大致相同的预制成型的所述第一抗氧化金属层1，和轧制成型的所述镁基合金层2。其中，所述第一抗氧化金属层1的材质可以为铝合金，采用的铝合金牌号可以为常用的1050铝合金、5052铝合金、6013铝合金等，厚度一般可选取0.03mm～2mm，亦可选择其他尺寸；所述镁基合金层2的牌号可以采用常见的AZ31、LZ91、LA141等，厚度一般可选取0.2mm～5mm，亦可选取其他尺寸厚度。
进一步地，可以对所述第一抗氧化金属层1和所述镁基合金层2进行表面预处理。比如可以对所述第一抗氧化金属层1和所述镁基合金层2通过脱脂、喷砂或酸洗(稀释盐酸等)清洗等，表面无氧化皮、空洞等不良缺陷且使表面干净无脏污，同时所述第一抗氧化金属层1和所述镁基合金层2的平度度要求小于0.1mm。
然后，采用300～400℃温度对所述第一抗氧化金属层1和所述镁基合金层2进行轧制复合，随后采用200～350℃进行扩散退火并降温，从而形成复合材料。通过热轧将所述第一抗氧化金属层1和所述镁基合金层2进行复合，能够使所述第一抗氧化金属层1和所述镁基合金层2之间具有较佳的结合力。
将所述复合材料冲压成型。
具体可以为，将大尺寸的复合材料切割成所需的小尺寸复合材料，采用冷冲冲压，将小尺寸的复合材料冲压成预设的产品形状，并去除冲压成型的复合材料上的毛边。
对冲压成型的所述复合材料上的所述镁基合金层2进行清洁处理并在所述镁基合金层2上设置塑胶层3。
具体可以为，对所述镁基合金层2暴露在外的表面进行酸洗处理，然后将塑胶层3复合至所述镁基合金层2上，形成本申请三层的复合材料层。其中，使所述镁基合金层2暴露在外的表面无脏污，便于所述镁基合金层 2与塑胶层3之间的复合。塑胶层3可采用的材料为ABS,POM,PC等以及其他可使用的塑胶材料。
可选地，对所述复合材料上的所述镁基合金层2进行清洁处理前，对所述复合材料进行毛化处理，能够去除加工过程中产生的表面氧化皮，便于进一步处理。其中，毛化处理包括喷砂处理等。
可选地，对所述复合材料上的所述镁基合金层2进行清洁处理前，在所述第一抗氧化金属层1上设置保护膜层，能够避免在对所述镁基合金层 2进行清洁处理时使所述第一抗氧化金属层1被破坏。举例来说，对所述镁基合金层2进行酸洗处理时，用于酸洗的溶液可能会与所述第一抗氧化金属层1接触，进而腐蚀所述第一抗氧化金属层1。而如果在对所述镁基合金层2进行酸洗处理前，在所述第一抗氧化金属层1上设置有保护膜层，在酸洗处处理时，保护膜层能够隔离用于酸洗的溶液与所述第一抗氧化金属层1，从而避免用于酸洗的溶液对所述第一抗氧化金属层1的破坏。所述保护膜层可以为胶带或者油漆等材料。
对所述复合材料上的所述镁基合金层2进行清洁处理后，去除所述保护膜层。保护膜层可以在所述述镁基合金层2进行清洁处理后马上去除，也可以在所述述镁基合金层2进行清洁处理后先进行其他工艺后再去除。
可选地，在所述镁基合金层2上设置塑胶层3，包括所述镁基合金层 2与所述塑胶一体注塑层成型；或者，所述塑胶层3粘接在所述镁基合金层2上。
可选地，对所述复合材料上的所述第一抗氧化金属层1进行阳极氧化处理。能够使所述第一抗氧化金属层1表面形成用于装饰的图案，也能够增加所述第一抗氧化金属层1表面的硬度和耐磨性。
作为一具体实施方式，选取尺寸分别为170mm×250mm的预制成型的轧制铝合金板材、镁合金轧制板材，铝合金板材材质为常见可阳极氧化铝合金牌号：1050铝合金，成分(％)为Si 0.25，Fe 0.40，Cu 0.05，Mn 0.05， Mg 0.05，Zn 0.05，Ti 0.03，V0.05，余量Al；厚度选取0.2mm，密度2.7g/cm3；镁合金材料选择塑性较好的LZ91镁锂合金，成分(％)Li8.0～10.0，Zn 0.8～1.5，余量为Mg；厚度一般可选取0.8mm；两种板材表面无氧化皮、空洞等不良缺陷，平度度要求小于0.1mm；两种板材表面通过脱脂、喷砂或酸洗(稀释盐酸等)清洗等预处理，使表面干净无脏污，同时毛化处理，增强轧制结合力。采用300～400℃温度对铝合金与镁合金进行轧制复合，然后采用200～350℃/2H进行扩散退火；降温后毛化处理，去除表面氧化皮。将复合轧制板线割成预制冲压形状，采用冷冲方式进行冲压成型，冲压后产品无开裂分层现象，冲完后进行冲切毛边。通过胶带或油漆将铝合金表面遮蔽，对镁合金面进行酸洗处理，通过注塑模具进行注塑或通过塑料粘接等方式进行塑料复合，本实施案例采用塑胶材料为PC+50％GF，注塑塑料无气孔等肉眼可观缺陷。
虽然已经通过例子对本申请的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上例子仅是为了进行说明，而不是为了限制本申请的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本申请的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改。本申请的范围由所附权利要求来限定。
Claims (14)
1.一种复合材料层，其特征在于，包括第一抗氧化金属层、镁基合金层和塑胶层，所述第一抗氧化金属层和所述塑胶层分别设置在所述镁基合金层的上表面和下表面。
2.根据权利要求1所述的复合材料层，其特征在于，所述第一抗氧化金属层的材质为铝合金，或者铝基碳化硅，或者钛合金。
3.根据权利要求1所述的复合材料层，其特征在于，所述镁基合金层的材质为镁锂合金。
4.根据权利要求1所述的复合材料层，其特征在于，所述第一抗氧化金属层的厚度为0.03mm-2mm或0.2mm。
5.根据权利要求1所述的复合材料层，其特征在于，所述镁基合金层的厚度为0.2mm-5mm或0.8mm。
6.根据权利要求1所述的复合材料层，其特征在于，所述第一抗氧化金属层远离所述镁基合金层的一侧具有装饰层。
7.根据权利要求1所述的复合材料层，其特征在于，所述塑胶层设置有凹槽和/或凸部。
8.根据权利要求1所述的复合材料层，其特征在于，还包括第二抗氧化金属层，所述第二抗氧化金属层设置在所述镁基合金层和所述塑胶层之间。
9.一种复合材料层的制备方法，其特征在于，用于制备权利要求1-8任一项所述的复合材料层，包括：
将所述第一抗氧化金属层和所述镁基合金层复合，形成复合材料；
将所述复合材料冲压成型；
对冲压成型的所述复合材料上的所述镁基合金层进行清洁处理并在所述镁基合金层上设置塑胶层。
10.根据权利要求9所述的复合材料层的制备方法，其特征在于，对所述复合材料上的所述镁基合金层进行清洁处理前，对所述复合材料进行毛化处理。
11.根据权利要求9所述的复合材料层的制备方法，其特征在于，对所述复合材料上的所述镁基合金层进行清洁处理前，在所述第一抗氧化金属层上设置保护膜层；
对所述复合材料上的所述镁基合金层进行清洁处理后，去除所述保护膜层。
12.根据权利要求9所述的复合材料层的制备方法，其特征在于，在所述镁基合金层上设置塑胶层，包括：
所述镁基合金层与所述塑胶层一体注塑成型；
或者，
所述塑胶层粘接在所述镁基合金层上。
13.根据权利要求9所述的复合材料层的制备方法，其特征在于，对所述复合材料上的所述第一抗氧化金属层进行阳极氧化处理。
14.根据权利要求9所述的复合材料层的制备方法，其特征在于，所述将所述第一抗氧化金属层和所述镁基合金层复合，包括将所述第一抗氧化金属层和所述镁基合金层热轧复合。
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