DE2841104A1 - RUBBER / POLYMER COMPOSITE MATERIALS - Google Patents
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Description
Dr. F. Zumstein sen. - Dr. F.. A-5srr ann - Dr. R. Koenigsberger DipJ.-Phys. R. Holzbauer - Dipl.-Ing. F. Kiingseisen - Dr. F. Zumstein jun.Dr. F. Zumstein Sr. - Dr. F .. A-5srr ann - Dr. R. Koenigsberger DipJ.-Phys. R. Holzbauer - Dipl.-Ing. F. Kiingseisen - Dr. F. Zumstein jun.
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Case RC 5864/5801Case RC 5864/5801
DUNLOP LIMITED, London/Großbritannien Kautschuk/Polymer-VerbundmaterialienDUNLOP LIMITED, London / Great Britain Rubber / polymer composite materials
Beschreibung; Description ;
Die Erfindung betrifft.ein Verfahren zur Herstellung eines Verbundmaterials aus einem vulkanisierten Kautschuk und einem polymeren Material.The invention relates to a method for producing a Composite material made of a vulcanized rubber and a polymeric material.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Verbundmaterials, umfassend: -The invention relates to a method for producing a composite material, comprising:
(i) das Aufbringen eines nachstehend definierten Behandlungsmittels auf die Oberfläche einer vulkanisierbaren Kautschukzusammensetzung, danach(i) applying a treatment agent as defined below to the surface of a vulcanizable rubber composition, thereafter
(ii) die Vulkanisation der Kautschukzusammensetzung und dann (iii) die Verfestigung eines polymeren Materials in Kontakt mit der vulkanisierten behandelten Kautschukzusammensetzung.(ii) vulcanization of the rubber composition and then (iii) solidification of a polymeric material in contact with it the vulcanized treated rubber composition.
Das Behandlungsmittel halogeniert und/oder oxydiert die Kautschukoberfläche und ist vorzugsweise entweder ein chemisches Reagens (z.B. ein stark oxydierendes Mittel oder ein -Halogendonor) oder eine Strahlung wie UV oder die Glimmbzw. Koronaentladung. Geeignete Beispiele für chemische Reagentien umfassen Trichlorisocyanursäure (erhältlich als Pi-clor 91 von Fisons), Natriumdichlorisocyanurat (erhält-The treating agent halogenates and / or oxidizes the rubber surface and is preferably either a chemical reagent (e.g. a strongly oxidizing agent or a halogen donor) or a radiation such as UV or the glow or. Corona discharge. Suitable examples of chemical reagents include trichloroisocyanuric acid (available as Pi-clor 91 from Fisons), sodium dichloroisocyanurate (obtained-
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lieh als Fi-clor 60s von Fisons), Alkylhypohalogenite (z.B<, Butylhypochlorit), sauergemachte bzw„ saure anorganische Hypohalogenite.. (z.B. saures Natriumhypochlorit), Natriumchlorit und Peressigsäure« Vorzugsweise wird das Behandlungsmittel, wenn es ein chemisches Reagens ist, nicht-wäßrig aufgebracht, z.B. in Form einer Lösung in einem organischen Lösungsmittel, wie Äthylacetat oder Aceton, unter Anwendung herkömmlicher Mittel, "beispielsweise durch Tauchen, Sprühen oder Bürstenauftrag.loaned as Fi-clor 60s from Fisons), alkyl hypohalites (e.g. <, Butyl hypochlorite), acidified or acidic inorganic hypohalites ... (e.g. acid sodium hypochlorite), sodium chlorite and peracetic acid «Preferably the treatment agent when it is a chemical reagent, applied non-aqueous, e.g., in the form of a solution in an organic Solvents such as ethyl acetate or acetone using conventional means, "for example by dipping, spraying or brush application.
Vorzugsweise enthält die vulkanisierbare' Kautschukzusammensetzung als Basis einen ungesättigten Kautschuk, der mehr als 5 ungesättigte Bindungen je 100 Hauptkettenkohlenstoffatome und vorzugsweise mehr als 15 ungesättigte Bindungen je 100 Hauptkettenkohlenstoffatome enthält«Preferably the vulcanizable rubber composition contains based on an unsaturated rubber with more than 5 unsaturated bonds per 100 main chain carbon atoms and preferably more than 15 unsaturation per 100 Main chain carbon atoms contains "
Vorzugsweise enthält die Kautschukzusammensetzung als Basis einen nichtpolaren Kautschuk, wobei geeignete Beispiele Naturkautschuk, Styrοl/Butadien, Polychloropren und Mischungen derselben umfassen,, Die Kautschukzusammensetzung kann herkömmliche Additive (zeBo Füllstoffe) oder Verarbeitungsmittel enthalten«, Es versteht sich, daß die Kautschukzusammensetzung im vulkanisierten Zustand, d„ho im quervernetzten, elastomeren, nichtthermoplastischen Zustand, vorliegt, bevor sie mit dem verfestigbaren polymeren Material in Kontakt gelangtePreferably, the rubber composition as a base a non-polar rubber, suitable examples of natural rubber, Styrοl / butadiene, polychloroprene, and mixtures thereof ,, The rubber composition may contain conventional additives (e.g. e B o fillers) or processing means comprise, "It will be appreciated that the rubber composition in the vulcanized state, that is to say in the cross-linked, elastomeric, non-thermoplastic state, before it came into contact with the solidifiable polymeric material
Die Kautschukzusammensetzung kann nach jeder herkömmlichen Schwefel- oder NichtSchwefelmethode vulkanisiert werden. Das erfindungsgemäße Verfahren ist insbesondere anwendbar, wenn die Kautschukzusammensetzung mit Hilfe eines fluidisierten Bettes vulkanisiert wird, da die Vorbehandlung der Kautschukzusammensetzung dazu dienen kann, ihre Oberfläche von Klebrigkeit zu befreien, was im wesentlichen ein Anhaften der Teilchen des fluidisierten Bettes an der Oberfläche verhinderteThe rubber composition can be vulcanized by any conventional sulfur or non-sulfur method. That The method according to the invention is particularly applicable when the rubber composition is vulcanized by means of a fluidized bed as the pretreatment of the rubber composition can serve to free their surface from tackiness, which essentially leads to sticking of the Prevented particles of the fluidized bed on the surface
Das polymere Material kann Z0B0 in Form einer Lösung,einer Dispersion (z„B. in einem Weichmacher), eines Latex oder in Form von 2 flüssigen Komponenten, die unter Bildung einesThe polymeric material can Z 0 B 0 in the form of a solution, a dispersion (for example in a plasticizer), a latex or in the form of 2 liquid components that form a
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festen Polymeren reagieren, aufgebracht werden. Vorzugsweise wird das polymere Material auf die Kautschukzusammensetzung aufgebracht und dann auf eine derartige Temperatur erhitzt, daß es sich beim Abkühlen verfestigt. Gewünschtenfalls kann ein weiterer Überzug aus polymerem Material nach der Verfestigung des ersten aufgebracht werden.solid polymers react, are applied. Preferably the polymeric material is applied to the rubber composition applied and then heated to a temperature such that it solidifies on cooling. If desired, can another coating of polymeric material can be applied after the solidification of the first.
Das polymere Material enthält vorzugsweise zumindest einen Typ einer polaren Gruppe, z.B. ausgewählt unter -Cl, -NH0, -C=O, -CSJT, -C-C- und -OH, und besitzt vorzugsweise einen Löslichkeit sparamet er von größer als 9 (cal/cm .) ' und insbesondere von größer als 9»5 (cal/cnr) ' . Der Löslichkeitsparameter findet sich auf Seite 834, Band 3 der Encyclopaedia of Polymer Science and Technology - John Wiley and Sons. Unter "Löslichkeitsparameter" ist die Quadratwurzel der kohäsiven Energiedichte zu verstehen und er gibt die Größe der intermolekularen Kräfte innerhalb des Polymeren an. Beispiele für geeignete Materialien umfassen ein VinylChloridpolymeres, z.B. in Plastisolform, ein aliphatisches Polyamid, ein Polyurethan, ein PoIy-(vinylacetat), ein Äthylen/Vinylacetatcopolymerisat und einen Kautschuk, der in der Latexform vorliegen kann, z.B. Nitrilkautschuk oder carboxylierter Nitri!kautschuk. Es versteht sich, daß die Bezeichnung "Vinylchloridpolymeres" Polyvinylchlorid) und Copolymere von Vinylchlorid mit ein oder mehreren anderen Monomeren umfaßt. Geeignete andere Monomere sind z.B. Vinylester und Alkylacrylate. Copolymere sollten vorzugsweise einen Vinylchloridgehalt von zumindest 50 Gew.-% aufweisen. Beispiele für geeignete Copolymere umfassen Copolymere von Vinylchlorid mit Vinylacetat oder Methylacrylat, mit oder ohne einem weiteren Monomeren.The polymeric material preferably contains at least one type of polar group, for example selected from -Cl, -NH 0 , -C = O, -CSJT, -CC- and -OH, and preferably has a solubility of greater than 9 (cal / cm.) 'and in particular greater than 9 »5 (cal / cnr)'. The solubility parameter can be found on page 834, Volume 3 of the Encyclopaedia of Polymer Science and Technology - John Wiley and Sons. "Solubility parameter" is to be understood as the square root of the cohesive energy density and it indicates the size of the intermolecular forces within the polymer. Examples of suitable materials include a vinyl chloride polymer, for example in plastisol form, an aliphatic polyamide, a polyurethane, a poly (vinyl acetate), an ethylene / vinyl acetate copolymer and a rubber which can be in the latex form, for example nitrile rubber or carboxylated nitrile rubber. It is understood that the term "vinyl chloride polymer" includes polyvinyl chloride) and copolymers of vinyl chloride with one or more other monomers. Suitable other monomers are, for example, vinyl esters and alkyl acrylates. Copolymers should preferably have a vinyl chloride content of at least 50% by weight. Examples of suitable copolymers include copolymers of vinyl chloride with vinyl acetate or methyl acrylate, with or without a further monomer.
Vorzugsweise umfaßt das polymere Material Bestandteile, die ein Harz bilden, wie ein kondensiertes Aldehydharz. Beispiele für geeignete Aldehydkondensationsharz-bildende Bestandteile sind eine aromatische Hydroxyverbindung, insbesondere eine solche, die 2 Hydroxygruppen in Meta-Stellung zueinander aufweist, wie Resorcin, Phloroglucin oder 1,3-Dihydroxynaphthaliη, und eine Verbindung, die beim Erhitzen Methylengruppen freisetzt, wiePreferably the polymeric material comprises components that form a resin, such as a condensed aldehyde resin. examples for Suitable aldehyde condensation resin-forming constituents are an aromatic hydroxy compound, in particular one which has 2 hydroxyl groups in meta-position to one another, such as resorcinol, phloroglucinol or 1,3-dihydroxynaphthaliη, and one Compound that releases methylene groups when heated, such as
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Hexamethylentetramin, Hexamethoxymethylmelamin, Lauryloxymethylpyridiniumchlorid, Cetyloxymethylpyridiniumchlorid, Äthyloxymethylpyridiniumchlorid oder ein Polymeres des Formaldehyds. Alternativ kann ein teilweise oder vollständig kondensiertes Harz, wie ein kondensiertes Aldehydharz, in das polymere Material eingeschlossen sein, und Beispiele derselben sind Melamin- und Harnstoff-Formaldehydharze.Hexamethylenetetramine, hexamethoxymethylmelamine, lauryloxymethylpyridinium chloride, Cetyloxymethylpyridinium chloride, ethyloxymethylpyridinium chloride or a polymer of formaldehyde. Alternatively, a partially or fully condensed resin, such as a condensed aldehyde resin, can be incorporated into the polymer Material may be included and examples thereof are melamine and urea-formaldehyde resins.
Sind Harz-bildende Bestandteile oder ein teilweise oder vollständig kondensiertes Harz in dem polymeren Material eingeschlossen, so kann es erwünscht sein, aucja ein Epoxyharz oder ein Isocyanat in das polymere Material einzuschließen. Dieser zusätzliche Bestandteil kann die potentielle Porosität des polymeren Materials herabsetzen.Are resin-forming ingredients or a partial or complete If condensed resin is included in the polymeric material, it may also be desirable to use an epoxy resin or to include an isocyanate in the polymeric material. This additional ingredient can reduce the potential porosity of the polymeric material.
Die Harz-bildenden Bestandteile oder das teilweise kondensierte Harz oder das vollständig kondensierte Harz ist/sind vorzugsweise in einer Menge im Bereich von 3?2 bis 12 Gewichtsteilen, bezogen auf 100 Teile Trockengewicht des polymeren Materials,vorhanden. Werden Harz-bildende Bestandteile, wie eine aromatische Hydroxylverbindung und eine Verbindung, die beim Erhitzen Methylengruppen in Freiheit setzen kann, verwendet, so liegen diese vorzugsweise in einer Menge von 2 bis 7,5 Gewichtsteilen bzw«, 1,2 bis 4,5 Gewicht steilen, bezogen auf 100 Teile Trockengewicht des polymeren Materials, vor0 The resin-forming ingredients or the partially condensed resin or the fully condensed resin is / are preferably present in an amount ranging from 3-2 to 12 parts by weight based on 100 parts dry weight of the polymeric material. If resin-forming constituents, such as an aromatic hydroxyl compound and a compound which can liberate methylene groups on heating, are used, these are preferably in an amount of 2 to 7.5 parts by weight or 1.2 to 4.5 weight steep, based on 100 parts dry weight of the polymeric material, before 0
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird ein flüssiges polymeres Material erhitzt und dann im Kontakt mit einer vulkanisierten Kautschukzusammensetzung verfestigt»In a preferred embodiment of the invention, a liquid polymeric material is heated and then solidified in contact with a vulcanized rubber composition »
Das polymere Material und/oder die Kautschukzusammensetzung können durch ein gewebtes oder nichtgewebtes Textilmaterial, ZeBe in Form von Streifen, Schnüren, Garn, Glasseidenspinnfäden oder in Filamentform verstärkt sein. Geeignete Beispiele für Textilmaterialien umfassen Eayon, Polyester, aromatisches Polyamid oder Nylon oder Glas oder ein Metall, wie Stahl= Z0B0 kann das polymere Material auf die vulkanisierte Kautschukzusammensetzung aufgebracht werden und dann können verstärkendeThe polymeric material and / or the rubber composition can be reinforced by a woven or non-woven textile material, ZeBe in the form of strips, cords, yarn, fiberglass threads or in filament form. Suitable examples of textile materials include Eayon, polyester, aromatic polyamide or nylon or glass or a metal such as steel = Z 0 B 0 , the polymeric material can be applied to the vulcanized rubber composition and then reinforcing
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Bestandteile auf das polymere Material aufgebracht werden. Alternativ können die verstärkenden Bestandteile in das polymere Material eingetaucht und dann auf die vulkanisierte Kautschukzusammensetzung aufgebracht werden, die erfindungsgemäß vorbehandelt worden ist.Components are applied to the polymeric material. Alternatively, the reinforcing ingredients can be dipped into the polymeric material and then onto the vulcanized Rubber composition are applied, which has been pretreated according to the invention.
Gewünschtenfalls kann das polymere Material (A) an ein anderes polymeres Material (B), z.B. ein Polyurethan, gebunden werden, indem man das erste Material (A) im Kontakt mit der vulkanisierten Kautschukzusammensetzung verfestigt und dann das geschmolzene polymere Material (B) auf das polymere Material/vulkanisierter Kautschuk-Verbundmaterial aufbringt.If desired, the polymeric material (A) can be bonded to another polymeric material (B), e.g. a polyurethane, by solidifying the first material (A) in contact with the vulcanized rubber composition and then the molten one polymeric material (B) is applied to the polymeric material / vulcanized rubber composite material.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist bei der Herstellung von verstärkten rohrförmigen Gegenständen, wie Schläuchen, anwendbar. Beispielsweise kann ein Innenrohr einer vulkanisierbaren Kautschukzusammensetzung an ein verfestigbares polymeres Material, -das ein Gerüst aus verstärkenden Bestandteilen enthält, nach dem erfindungsgemäßen Verfahren gebunden werden. Gewünschtenfalls kann eine geschmolzene Deckschicht aus einem ' polymeren Material auf das vulkanisierter Kautschuk/verstärktes Polymermaterial nach der Verfestigung des letzteren aufgebracht werden. Gewünschtenfalls kann das verstärkte polymere Material mit einem Lösungsmittel, z.B. Cyclohexanon oder Methyläthylketon, vor dem Aufbringen der Deckschicht behandelt werden.The method of the invention is applicable to the manufacture of reinforced tubular articles such as hoses. For example, an inner tube of a vulcanizable rubber composition can be attached to a solidifiable polymer Material containing a framework of reinforcing components, are bound by the method according to the invention. If desired, a molten top layer of a ' polymeric material onto the vulcanized rubber / reinforced polymeric material after the solidification of the latter be applied. If desired, the reinforced polymeric material can be treated with a solvent such as cyclohexanone or Methyl ethyl ketone, treated before applying the top layer will.
Die folgenden Beispiele, in denen sämtliche Teile als Gewichtsteile angegeben sind, erläutern die Erfindung. The following examples, in which all parts are given as parts by weight, illustrate the invention.
Man erhitzte eine SBR-Kautschukzusammensetzung mit der Formulierung A auf 10O0C, überzog mit einer 1 %igen Trichlorisocyanursäurelösung (Fi-clor 91) in Aceton und ließ das Lösungsmittel verdampfen. Die Behandlungszeit betrug ca. 1 Sekunde. Die behandelte Kautschukzusammensetzung wurde dann 80 Sekunden in einem Fließbett bei 2200C vulkanisiert und dann mit einemThe mixture was heated an SBR rubber composition having the formulation A to 10O 0 C, overlaid with a 1% Trichlorisocyanursäurelösung (Fi-chloro 91) in acetone and allowed to evaporate the solvent. The treatment time was approx. 1 second. The treated rubber composition was then vulcanized for 80 seconds in a fluidized bed at 220 ° C. and then with a
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Poly-(vinylchlorid)-plastisol mit der Formulierung B überzogen. Man verwendete einen Infrarotofen um den PoIy-(vinylchlorid)-Überzug auf 1700C zu erhitzen, wobei er sich beim Abkühlen verfestigte. Man erhielt die folgenden Ergebnisse beim Abschältest (B S 903 Teil A12):Poly (vinyl chloride) plastisol coated with formulation B. Was used to heat an infrared oven to the poly (vinyl chloride) coating at 170 0 C, where it solidified upon cooling. The following results were obtained in the peeling test (BS 903 Part A12):
Keine Behandlung des Kautschuks 0,15 KN/mNo treatment of the rubber 0.15 KN / m
Fi-clor "behandelter Kautschuk 1,85 KDT/mFi-clor "treated rubber 1.85 KDT / m
Intol 1712 (SBR) 100Intol 1712 (SBR) 100
Zinkoxyd . 3Zinc oxide. 3
Stearinsäure 1Stearic acid 1
Flektolflocken (Antioxydans) 1Flektolfflakes (antioxidant) 1
Vulkan M (Ruß) 40Vulkan M (soot) 40
Sterling 105 (Ruß) 45Sterling 105 (soot) 45
Chinaton 125China tone 125
Verarbeitungsöl 20 Caloxal W (Dispersion von Calciumoxyd in Wachs undProcessing oil 20 Caloxal W (dispersion of calcium oxide in wax and
Verarbeitungsöl) 20Processing oil) 20
Schwefel . 2,5Sulfur. 2.5
Mercaptobenzthiazol (MBT) 2Mercaptobenzothiazole (MBT) 2
Diphenylguanidin (DPG) 0,2 Formulierung B Diphenylguanidine (DPG) 0.2 formulation B.
Breon I30/I /Poly-(vinylchlorid) von B.P.Chemicals/ 100Breon I30 / I / poly (vinyl chloride) from B.P. Chemicals / 100
Dialphanolphthalat 60Dialphanol phthalate 60
Bleicarbonat 5Lead carbonate 5
Resorcin 7»5Resorcinol 7 »5
Hexamethylentetramin 4,5Hexamethylenetetramine 4.5
Man wiederholte das Verfahren von Beispiel 1, wobei man jedoch den Schwefel, das MBT und das DPG.durch 3,5 Teile Tetramethyl- thiuramdisulfid und 1 Teil Zinkdithiocarbamat ersetzte. Unter Verwendung des B S 903 Teil A12 Abschältests erhielt man als Ergebnis 2,1 KN/m. The procedure of Example 1 was repeated, except that the sulfur, the MBT and the DPG were replaced by 3.5 parts of tetramethylthiuram disulfide and 1 part of zinc dithiocarbamate. Using the BS 903 Part A12 peel test, the result was 2.1 KN / m.
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/1}/1}
Man stellte folgendermaßen einen Schlauch her. Man extrudierte eine Kautschukzusammensetzung mit der !Formulierung A von Beispiel 1 aus einem Röhrenextruder mit einer Eohrwanddicke von 2,5 mm und einem Innendurchmesser von 25 mm. Man verwendete 90 mm von der Extruderform einen Vorhangbeschichter, um eine 1 %ige Lösung von Fi-clor 91 in Aceton aufzubringen. Das Rohr wurde kontinuierlich in ein Fluidbett bei 2200C eingebracht und die Verweilzeit in dem Bett betrug 80 Sekunden. Beim Verlassen des Bettes wurde eine 0,25 mm Schicht eines PVC-Plastisols der Formulierung B von Beispiel 1 auf das heiße Rohr aufgebracht, das 36 Sekunden durch einen Infrarotofen geleitet wurde. Man brachte dann einen weiteren 0,25 mm Überzug aus dem Plastisol auf und umwickelte das Rohr mit 2 gegenläufigen spiralförmigen Schichten aus jeweils 12 Schnüren eines dreifachen 9^ tex-Nylon-Garns. Das Rohr wurde dann 4- Minuten in einem Infrarotofen erhitzt, währenddessen der Plastisolüberzug eine Temperatur von 170OC erreichte. Das Rohr wurde dann durch den Querkopf eines Extruders geleitet und bevor sich die Oberflächentemperatur auf unterhalb 1500C abgekühlt hatte, wurde um dasselbe herum eine 2,5 mm Deckschicht einer plastifizierten Poly-(vinylchorid)-Zusammensetzung (mit einer Qualität für allgemeine Extrusionszwecke - WELVICK Gp/113 der I.C.I.) extrudiert. Die Ergebnisse beim Abschältest (B S 903 Teil A12) waren wie folgt:A hose was made as follows. A rubber composition having the formulation A of Example 1 was extruded from a pipe extruder with a pipe wall thickness of 2.5 mm and an inner diameter of 25 mm. A curtain coater was used 90 mm from the extruder die to apply a 1% solution of Fi-clor 91 in acetone. The tube was introduced continuously in a fluid bed at 220 0 C and the residence time in the bed was 80 seconds. Upon exiting the bed, a 0.25 mm layer of PVC plastisol Formulation B of Example 1 was applied to the hot tube which was passed through an infrared oven for 36 seconds. A further 0.25 mm coating of the plastisol was then applied and the tube was wrapped with 2 counter-rotating spiral layers of 12 cords each of a triple 9-tex nylon yarn. The tube was then heated in an infrared oven 4- minutes, the plastisol during which a temperature of 170 o C reached. The pipe was then passed through the cross head of an extruder and before the surface temperature had cooled to below 150 0 C, a 2.5 mm top layer of a plasticized poly (vinyl chloride) composition (of a quality for general extrusion purposes - WELVICK Gp / 113 from ICI). The results of the peel test (BS 903 Part A12) were as follows:
KN/mKN / m
Kautschuk/verstärkte Schicht 2,4Rubber / reinforced layer 2,4
verstärkte Schicht/Deckschicht 3*1reinforced layer / top layer 3 * 1
909813/1024909813/1024
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HH
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