DE1660308A1

DE1660308A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Schmelzspinnen von synthetischen Faeden

Info

Publication number: DE1660308A1
Application number: DE19661660308
Authority: DE
Inventors: Ryoichiro Funakoshi; Kamekichi Siba; Tetsuo Tamaki
Original assignee: Fuji Spinning Co Ltd
Current assignee: Fuji Spinning Co Ltd
Priority date: 1965-07-08
Filing date: 1966-07-05
Publication date: 1972-03-23
Also published as: FR1486022A; US3512214A; GB1111649A; BE683647A

Description

DR. F. ZUMSTEIN - DR. E. ASS MAN N DR. R. KOENiQSBERQER - DlPL-PHYS. R. HOLZBAUER

TELEFON: 2834 76 und 22te TELEGRAMME: ZUMPAT 8 MDNCHENZ₁ POSTSCHECKKONTO: MÜNCHEN 91139 BRÄUHAUSSTRAS8E 4/ill

BANKKONTO: BANKHAUS H. AUFHÄUSER

6/1 i (2/2/1) 40 595

Fuji Spinning Go.,Ltd., lokyo/Japan

Verfahren und Vorrichtung zum Schmelzspinnen von synthetischen

laden.

.Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Schmelzspinnen von synthetischen Fäden. Insbesondere betrifft die Erfindung die leistungsfähige Herstellung von festen Fäden mit guter Qualität, indem hochmolBkulare, fasrige Substanzen, die aus einer Spinndüse austreten, in einem zylindrischen Spinnrohr mit kurzer Rohrlänge stark gezogen werden.

Bei der Herstellung von Polyvinylchloridfasern durch Schmelzspinnen ist das heiße, starke Ziehen in einem Spinnrohr, das sogenannte Spinnziehen, bekannt. Bei diesem Verfahren wird ein

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dünner, hohler Porzellanzylinder, der "beispielsweise 5 cm Durchmesser hat und 35 cm lang ist, unterhalb der Spinndüse, die am oberen Teil des Spinnrohres angeordnet ist, angebracht, und ein Chromnickeldraht wird um diesen Porzellanzylinder gewickelt, um diesen bis auf 600⁰G im Zentruni zu erwärmen, und um eine breite Temperaturverteilung in dem Zylinder herzustellen, wobei der Zylinder an seinem unteren Ende zur Atmosphäre hin offen ist und eine niedrigere Temperatur hat. Danach werden die aus der Spinndüse austretenden Fäden in dem Heizzylinder augenblicklich erwärmt und iJgBscxHiKxbaerK und danach gezogen, indem &sk%z}&§:^ schmolzene'?' hochmolekular«!Materialien in zähflüssigem Zustand einer Zugbeanspruchung unterworfen werden, so daß man stark dehnbare Fäden mit kleinem denier und nicht orientierter Molekularstruktur fortlaufend erhält. Jedoch hat der Erwärmungs- und Schmelzabschnitt eines derartigen dünnen und hohlen zylindrischen Systems Nachteile hinsichtlich einer gleichförmigen und konzentrierten Erwärmung wegen der breiten Temperaturverteilung, wie oben angeführt. Besonders, wenn bei einer industriellen Produktion eine große Anzahl Fäden mit hoher Geschwindigkeit und beträchtlichen Schwingungen, wie später noch beschrieben wird, parallel laufen, wurde festgestellt, daß die Zugwirkung abhängig vom Ort und der Zeit verschieden ist, so daß die Fäden mit bedenklichen Unregelmässigkeiten gezogen werden.

Außerdem entwickeln die hochmolekularen Substanzen (einschliesolioh verschiedener, darin enthaltener Zusätze, wie z.B. Wärme-

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stabilisatoren), die die Fäden bilden, wenn sie bei erhöhten Temperaturen erwärmt und geschmolzen werden, heftig_/ flüchtige Zersetzungsgase, die wiederum dazu neigen, die Öffnungen der Spinndüse zu verstopfen oder sich an der Innenwand des Heizzylinders niederzuschlagen, wodurch die Wärmewirkung der Vorrichtung rapid verschlechtert wird. Es ist daher für einen kontinuierlichen Betrieb in kommerziellem Umfang besonders wichtig, derartige zersetzte Gase wirksam abzusaugen und auszuscheiden, gewöhnlich vom oberen Teil des Spinnrohres. In einem solchen Fall werden die Fäden in nicht verfestigtem oder weichem Zustand, die durch den Heizzylinder nach unten laufen, in der Umgebung des Zylinders durch die in der Nähe liegenden Absauggasströme in unangenehme Schwingungen versetzt, da diese Gasströme mit einer hohen Geschwindigkeit ausströmen, und die Schwingung der Fäden ergibt einen ungleichen Zug und gegenseitige Berührung und Ankleben der Fäden, was sich nachteilig auf die Qualität und die denier-Nummer der erzeugten Fäden auswirkt. Ist ein hoher Ziehgrad erforderlich, um stark geschwächte (attenuated) Fäden herzustellen, ßo wird auch die Spinngeschwindigkeit, d.h. die lineare Geschwindigkeit, mit der die Fäden laufen, nach dem Ziehen beachtlich über die gewöhnliche Geschwindigkeit erhöht, und je höher die Spinngeschwindigkeit und dementsprechend je langer der Spinnzylinder ist, umso heftiger schwingen die Fäden· Diese Tendenz macht Gegenmaßnahmen umso wichtiger.

Weiterhin muss, um die Fäden im nicht verfestigten oder weichen Zustand innerhalb de3 Spinnrohres ausreichend mit Luft zu kühlen und zu verfestigen, die vom Boden des Hohres aus zugeführt wird, die Gesamtlänge des Spinnrohres im Verhältnis zur Erhöhung der Spinngeschwindigkeit beachtlich erhöht werden. Bei einer anderen Anordnung, bei der das Kühlen nicht durch Luft, sondern durch Wasser in einem horizontalen Kühlwasserkanal durchgeführt wird, der unterhalb des Bodens des Spinnrohres angeordnet ist, werden die Fäden, die noch nicht vollständig verfestigt sind, aber doch auf eine Garnführung aufgewickelt werden,

leicht durch die Berührung mit der Garnführung verformt oder beviskosen schädigt, und sie sind einem beachtlich höheren, Widerstand der Badflüssigkeit ausgesetzt, so daß man nicht mit hoher Geschwindigkeit spinnen kann.

Erfindungsgemäß werden die zuvor genannten Nachteile überwunden, und es werden eine große Anzahl parallel laufender Fäden aus hochmolekularen Substanzen, die aus den Spinndüsenöffnungen herausgepreßt werden, gleichzeitig und augenblicklich mit Hilfe eines ringförmigen Infrarotheizgerätes, das kreisförmigen Querschnitt hat, erwärmt und geschmolzen.. Bei der Erfindung ist es wichtig, daß dieses ringförmige Heizgerät einen weit geringeren Widerstand gegen das Absaugen zersetzter Gase hat, als der dünne und hohle zylindrische Typ.

Die sich dann entwickelnden flüchtigen Zersetzungsgase werden

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wirksam abgesaugt, ohne daß ein Zusammenkleben oder eine Berührung zwischen den Fäden hervorgerufen wird, wodurch die Betriebsdauer der Spinndüse verlängert wird, die sonst infolge Verstopfung der Öffnungen ersetzt werden müsste. .Ferner werden die !Fäden im plastischen oder weichen Zustand durch Wasser gekühlt, "bis sie fest werden, ohne jede Änderung in ihrer axialen Richtung. !Ferner hält das Kühlwasser die Fäden wirksam gegen seitliche Schwingungen und erlaubt die Verwendung eines kürzeren Spinnzylinders.

Somit betrifft die Erfindung einerseits ein Verfahren zum Schmelzspinnen von synthetischen !Fäden, das sich dadurch auszeichnet, da.ß Fäden, die aus der Spinndüse austreten, augenblicklich durch ein ringförmiges Infrarotheizgerät mit kreisförmigem Querschnitt

erweicht bzw.

erwärmt und/geschmolzen werden. Andererseits betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung des obengenannten Verfahrens, wobei diese Vorrichtung ein oder mehrere ringförmige Infrarotheizgeräte mit kreisförmigem Querschnitt !afc, die in geeigneten Abständen im oberen Teil eines Spinnrohres angeordnet sind; ferner mit einem umgekehrten kegelstumpfförmigen Behälter für Kühlflüssigkeit, der unter dem Spinnrohr in derselben axialen Richtung angeordnet ist, wie die !Fäden, die aus diesem Spinnrohr austreten.

Im folgenden wird eine beispielsweise Ausführungsform der Er-■ findung anhand der Zeichnung beschrieben.

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Pig. 1 zeigt einen Längsschnitt durch eine Vorrichtung gemäß der Erfindung.

Pig. 2 zeigt einen Schnitt längs der Linie A-A von i?ig. 1

Es ist 1 eine Spinndüse und 2 ein Spinnrohr. Innerhalb des oberen Teiles des Spinnrohres sind ein oder mehrere Infrarotheizgeräte 5 in geeigneten Abständen angeordnet, wobei jedes von diesen aus einer ringförmigen Quarzröhre besteht, die kreisförmigen Querschnitt hat und einen Ühromnickeldraht enthält, der hermetisch darin abgeschlossen ist. .uie Innenwand des Spinnrohres 2, die die Infrarotheizgeräte 3 umgibt, hat eine große Anzahl von Absaug- bzw. Ausströmöffnungen 4» die außen über kreisförmige durchlöcherte Widerstandsplatten 5 mit einer Absaugleitung 6 in Verbindung stehen. Am Boden des Zylinders ist eine Lufteinlaß-Gleichrichterplatte 7 vorgesehen, und am oberen Ende des Zylinders ist ein Mantel oder eine Abdeckung für die Wärmeisolierung befestigt. Unterhalb des Bodens des Zylinders ist ein umgekehrter kegelstumpfförmiger Wasserbehälter 10 angeordnet, der eine kleine Wasserausströmöffnung 9 am unteren Ende hat und oben vollständig offen ist. Das Wasser , das durch die Öffnung 9 aus dem Behälter 10 austritt, wird durch V/asser aus der Zufuhrleitung 11 ersetzt, und es strömt über den oberen Rand des Behälters über, so daß das Kühlwasser auf ein konstantes Niveau zugeführt und auf diesem gehalten werden kann. Das Überlaufwasser wird in einem Überlaufbehälter 12 aufgefangen und durch eine Überlaufrückführleitung 13 abgeführt, die - wenn

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notwendig - mit der Zufuhrleitung 11 verbunden ist, um das Wasser nacli einer Reinigung oder einer anderen Behandlung wieder umzuwälzen und wieder zu verwenden. 14 ist eine Spannrolle, 15 eine Aufwickelrolle und 16 eine Rolle um Fäden, die aufgewickelt werden, zu dehnen.

Gewöhnlich haben die Fäden in geschmolzenem Zustand unmittelbar nach dem Austritt aus einer Spinndüse eine so hohe Durchlässigkeit für Wärme strahl en, da;B, wenn sie durch Strahlung mit Infrarotstrahlen aus Infrarotheizgeräten der oben beschriebenen Konstruktion erwärmt werden, sie augenblicklich und gleichmässig nicht nur an der Oberfläche, sondern ebenso direkt in ihrem Kern erwärmt werden können. Darüberhinaus haben die erfindungsgemäßen Heizgeräte einen guten Wärmewirkungsgrad, da das Material direkt erwärmt werden kann, ohne jede unwirtschaftliche Erwärmung der die Fäden umgebenden Atmosphäre. Da die Temperaturkontrolle der Heizgeräte zur "verhinderung einer Zersetzung und einer Verschlechterung des I^viaterials durch übermässige Wärme elektrisch einfach erreichbar ist, können die Heizgeräte sehr jfzeckmässige Heizquellen für den Betrieb mit einem hohen Ziehgrad sein. Die Infrarotstrahlen, die durch den Infrarotchromnickeldraht gemäß der Erfindung ausgestrahlt werden, durchstrahlen ein Quarzglas mit extrem hoher Durchlässigkeit für Infrarotstrahlen, weshalb sie intensiver und gleichmässiger in der Verteilung der Wellenlänge sind, als Wärmestrahlen, die von einem unglasierten bzw. unverglasten Porzellan-

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zylinder abgegeben werden, der eine kleinere Durchlässigkeit für Infrarotstrahlen hat und der durch einen Chromnickeldraht bekannter Art erwärmt wird, wie oben erwähnt. Da das Infrarotheizgerät gemäß der Erfindung ringförmig ist und Kreisquerschnitt hat, schafft es eine Wärme- und Schmelzzone für Fäden, in der die Temperaturverteilung gleichmäseiger ist als in dem dünnen Hohlzylinder bekannter Bauart, so daß man eine wirksame, gleichmässige und räumlich konzentrische i):rwärmunderhält. Ferner werden erfindungsgemäss die flüchtigen zersetzten Gase durch die Wirkung der ringförmigen porösen bzw. durchlöcherten Widerstandsplatten gleichmässig ausgetragen, wenn sie zusammen mit der Luft, die durch die Lufteinlaß-Gleichrichterplatte einströmt, über die Auslaßöffnungen in die Auslaß- oder Absaugleitung aus-

Von diesen Platten werden

strömen. BI8B8BXMii¥i8äi, kombiniert mit der ringförmigen Anordnung des InfrarjjfBheizgerätes , das einen geringen Widerstand gegen ein Medium hat, wegen seines kreisförmigen Querschnitts und der Anordnung in geeigneten Abständen,

mehrere

facfltk verwendet, um die Turbulenz des ausströmenden Gasstromes und die Schwingung der Fäden, die die Spinndüse verlassen, auf ein Minimum herabzudrücken. Deshalb wird die Absaug- oder Ausströmleistungsfähigkeit verbessert,und ein Niederschlag von Ausströmbestandteilen an der Oberfläche der Spinndüse, des Infrarotheizgeräts usw. kann verhindert werden.

Danach werden die stark gezogenen Fäden in noch plastischem oder weichem Zustand durch den KtthlflüsBigkeitsbehälter geführt

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ohne jede Änderung in Axialrichtung der Fäden, so daß sie zusammen mit dem Kühlwasser durch die Wasserauslaßöffnung durchlaufen können und so durch das Wasser schnell gekühlt werden und sich verfestigen, ferner dient das Kühlrad selbst dazu, die Schwingungen der laufenden Fäden zu unterbinden oder zu dämpfen. JJadurch werden Führungen, um die festen Fäden ruhig zu halten, überflüssig, so daß jede I-.öglichkeit einer Verformung oder Beschädigung der Fäden ausgeschlossen ist.

Die zusammen mit dem Kühlwasser austretenden und verfestigten Fäden werden über eine . Spannrolle geführt, die sieltangential aufnimmt,und danach mit hoher Geschwindigkeit auf eine Aufwickelrolle oder -spule aufgewickelt. Somit haben die Heizeinrichtung, die aus einem Spinnrohr mit Infrarotheizgeräten an ihrem oberen Teil besteht, und die Kühleinrichtung, die darunter angeordnet ist und die aus einem Kühlbehälter der oben beschriebenen Art besteht, ihre eigenen individuellen Vorteile. Wenn außerdem beide Einrichtungen kombiniert werden, kann man noch bessere Wirkungen beim Durchführen des Schmelzspinnens mit starkem Ziehen und einen guten Wirkungsgrad in einer kurzen Spinnrohrvorrichtung erreichen. Da das Spinnrohr eine kurze Bauhöhe hat, ist auch die gesamte Spinnanlage klein. Dementsprechend sind auch die Baukosten geringer, und die Handhabung ist einfacher.

Die für die Erfindung verwendbaren hochmolekularen Substanzen

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schließen nicht nur Homopolymere, wie z.B. Polyvinylchlorid, Polypropylen und Polyäthylen ein, sondern auch Copolymere und Mischungen davon. Selbst eine Mischung, die eine Komponente enthält, die "besonders dazu neigt, sich thermisch zu zersetzen, oder die aus Komponenten besteht, deren Schmelz- oder Erweicnungspunkt verschieden ist, kann zu stark gezogenen synthetischen Fäden mit guser Qualität verarbeitet werden durch die augenblickliche intensive Erwärmung gemäß der Erfindung, wenn nur die Mischung zuvor mit Hilfe eines Extruders oder eines anderen Apparates durch eine Spinndüse zu Fäden stranggepre^t wurde.

Die Erfindung wird im folgenden durch einige Beispiele erläutert, ist jedoch auf diese Beispiele nicht beschränkt.

Beispiel 1

Zu 1000 Teilen eines handelsüblichen PolyvinylChloridharzes

mittleren
(mib einem nominellen/Polymerisationsgrad von 300) wurden Je 25 Teile Dibutylzinndilaurat und Dibutylzinnmaleat als Wärme- stabilisatoren und 20 Teile bis-Stearinamid als Schmiermittel zugegeben. Die Mischung wurde durch einen Extruder mit einer Schnecke von 30 mm Durchmesser stranggepBßt und durch eine Spinndüse mit 100 Löchern mit 1,5 mm Durchmesser und 1,5 mm effektiver Länge gesponnen bei einer Temperatur von 175°0 und einer Spinngesohwindigkeit von 400 mm pro Minute. Die aus der Spinndüse austretenden Fäden wurden erwärmt mit Hilfe eines ringförmigen 2 KW Infrarotheizgerätes, das aus einer kreisförmig

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gebogenen iiöhre uit 20 mm Durchmesser una 1o0 mm Ringdurchmesser "bestand (oder aus drei 0,75 KW-Heizgeräten, die einen Abstand von 20 mm voneinander hatten) und das 30 mm unterhalb der Spinndüse angeordnet war. Die Temperatur des zentralen rieizbereiches in der Ebene, die den Ring des Infrarotheizgerätes einschloß (im folgenden mit Infrarotbereich bezeichnet), betrug 290⁰G. Ein unterhalb des Spinnrohres angeordneter Kühlbehälter (in einer Entfernung von 80 cm unterhalb des Heizgerätes) wurae mit einer Geschwindigkeit von 3 Liter je Minute mit Wasser mit BOrmaltemperatur gefüllt. Die Fäden wurden danach geölt unu milaeiner Geschwindigkeit von 1800 m/Minute aufgewickelt, ide so erhaltenen Fäden hatten die folgenden guten Eigenschaften:

Dicke (size): 3,02 deniers Zugfestigkeit: /2,93 g/denier Dehnung: 43,2% Kontraktion in

kochendem Wasser: 10,2$

Beispiel 2

Ein handelsübliches Polypropylenharz (mit einem nominellen mittleren Molekulargewicht von 60 000) wurde in derselben Weise, wie in Beispiel 1,zu Fäden gesponnen mit Ausnahme der folgenden Bedinungen:

Das Material wurde durch einen Extruder bzw. eine Strangpresse stranggepreßt und durch eine Spinndüse gesponnen, die 5 Löcher mit je 1,5 mm Durehmesser hatte, bei einer Temperatur von

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192°C und einer Spinngeschwindigkeit von 5OO&*n/Minute. Die Fäden wurden dann zum Ziehen durch den Infrarotbereich geführt, der auf 21O°C gehalten wurde, und danach mit einer Geschwindigkeit von 800 m/Minute aufgewickelt. Die so erhaltenen Fäden hatten eine Dicke von 2,56 deniers, eine Zugfestigkeit von 4,2 g/denier und eine äusserste Dehnung von 52$.

Beispiel 3

Ein handelsübliches Polyäthylenharz (mit einem nominellen mittleren Molekulargewicht von 40 ooo) wurde in derselben Weise, wie in Beispiel 1, zu Fäden gesponnen, ausgenommen die folgenden Bedingungen. Unter Verwendung einer Spinndüse mit 30 Löchern, von denen jedes 1,5 mm Durchmesser hatte, wurde das Material bei einer Temperatur von 145 ⁰C und einer Geschwindigkeit von 600 mm/Minute durch einen Extruder stranggepreßt. Die Fäden wurden dann bei einer Infrarotbereichtemperatur von 28O°C gezogen und mit einer Geschwindigkeit von 1400 m/Minute aufgewickelt.

Die so erhaltenen Fäden hatten eine Dicke von 2,83 deniers, eine Zugfestigkeit von 2,9 g/denier und eine Dehnung von

Beispiel 4

Ein handelsübliches Polycarbonatharz (mit einem nominellen mittleren Molekulargewicht von 30 ooo) wurde in derselben Weise

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wie in Beispiel 1 zu Fäden gesponnen mit Ausnahme der folgenden Bedingungen, Das Material wurde durch eine Spinndüse mit 10 Löchern, von denen jedes 0,7 Ma Durchmesser hatte,bei 225°C und einer Spinngeschwindigkeit von 500jnm/Minute stranggepreßt. Jjie Ziehtemperatur des Infrarofbereieh.es "betrug 275⁰G, und die so erzeugten Fäden wurden mit einer Geschwindigkeit von oOO m/Minute aufgewickelt.

Die so erhaltenen Fäden hatten eine Dicke von 2,5 deniers, eine Zugfestigkeit von 2,S g/denier und eine Dehnung von 42%.

Beispiel 5

Ein handelsübliches ABS-Barz (Acrylnitril-butadienstyrol) wurde in derselben Weise, wie in Beispeiel 1, zu Fäden gesponnen, ausgenommen den folgenden Bedingungen. Es wurde durch eine Spinndüse mit 5 Löchern, von denen-jedes 1,5 mm Durchmesser hatte, bei einer Temperatur von 170°0 und einer Spinngeschwindigkeit von 400«fla/Minute durchgepreßt. Das Ziehen wurde im Infrarotbereich durchgeführt, der auf einer Temperatur von 225⁰O gehalten wurde, und die Fäden wurden mit einer Geschwindigkeit von 400 m/Minute aufgewickelt. Die so erhaltenen Fäden hatten ein Gewicht von 5 deniers, eine Zugfestigkeit von 2,1 g/denier und eine Dehnung von 32$.

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Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zum Schmelzspinnen von synthetischen i'äden, dadurch gekennzeichnet,; daß die ausaer Spinndüse austretenden tfäden augenblicklich durch ein ringförmiges Infrarotheizgerät mit kreisförmigem Querschnitt erwärmt und erweichtwerden, daß sie ferner anschliessena einem entgegen ihrer Laufrichtung strömenden luftstrom ausgesetzt werden, der im Bereich der Heizeinrichtung abgezogen wird, und daß sie danach durch einen Behälter mit Kühlflüssigkeit »«geführt werden.

2. Vorrichtung zum Schmelzspinnen synthetischer JPäden, dadurch gekennzeichnet, daß eines oder eine Vielzahl von ringförmigen Infrarotheizgeräten, die kreisförmigen querschnitt haben, in geeigneten Abständen im oberen Teil eines Spinnrohres angeordnet sind, und daß ein umgekehrter kegeistumpfförmiger, konischer Behälter für Kühlflüssigkeit unterhalb des Spinnrohres in derselben axialen Richtung, wie die der Fäden, die aus diesem Spinnrohr austreten, angeordnet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch Ausströmöffnungen (4) in der Wand des Spinnrohres (2); ferner durch kreisförmige, durchlöcherte Widerstandsplatten (5), die mit einer Abströmleitung (6) in Verbindung stehen.

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4. Vorrichtung nach. Anspruch 2 und/oder 3, gekennzeichnet durch eine mit Löchern versehene Lufteinlaßplatte (7).

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ORiGfNAi INSPECTED

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