DE3782411T2 - Vorrichtung und verfahren zur herstellung von thermoplastischen harzfilmen. - Google Patents
Vorrichtung und verfahren zur herstellung von thermoplastischen harzfilmen.Info
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Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von Folien aus einem thermoplastischen Kunstharz durch Extrudieren eines geschmolzenen thermoplastischen Kunstharzes aus einer Düse auf die Oberfläche einer Kühlwalze, bei dem eine homogene Folie mit einer verminderten Dickenungleichmäßigkeit stabil ausgeformt wird (in der vorliegenden Beschreibung wird der Ausdruck "Folie" in breitem Sinne verwendet und umfaßt nicht nur einen gewöhnlichen Film, sondern auch eine Platte, eine Folie u. dgl.).
- Als herkömmliches Verfahren für die Herstellung einer Folie aus einem thermoplastischen Kunstharz ist ein Verfahren bekannt, bei dem ein geschmolzenes thermoplastisches Kunstharz in Form einer Folie aus einer T-Düse extrudiert und das Extrudat durch eine Kühlwalze abgekühlt und verfestigt wird.
- Dieses Verfahren hat jedoch den Nachteil, daß die Fließmenge des geschmolzenen Kunstharzes pro Längeneinheit in Querrichtung der Düse variiert, und deshalb tritt oft in Querrichtung der Folie Dickenungleichmäßigkeit auf.
- Als Maßnahme zum Vermindern der Dickenungleichmäßigkeit in Querrichtung der Folie ist ein Verfahren bekannt, bei dem der Spalt des Harzfließweges durch Ausnutzung der Wärmeausdehnung von Metall mechanisch verändert wird (vgl. Katalog von Measurex Japan Ltd., 27. Februar 1986). Da jedoch bei diesem Verfahren zum Regulieren der Dickenungleichmäßigkeit die Expansion und Kontraktion von Metall und Verformungen des Lippenteiles eingesetzt werden, ist die Genauigkeit der Regulierung der Dickenungleichmäßigkeit unzureichend.
- US-A-3 819 775 bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Kontrollieren des Polymerflusses vor der Extrusion bei der Herstellung von Polymerfolien. Bei dieser Vorrichtung sind Heizvorrichtungen und Temperatursensoren innerhalb der Düse in der Nähe der Lippe und weiterhin ein Dickensensor zum Messen eines Dickenprofils in Querrichtung einer extrudierten Folie angeordnet, wodurch die Leistung der Heizvorrichtungen entsprechend den Signalen von dem Temperatursensor und dem Dickensensor geregelt wird, und die Dicke der Folie in Querrichtung wird automatisch eingestellt.
- Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die vorstehend erläuterten Probleme zu lösen und ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, durch die eine homogene Folie mit verminderter Dickenungleichmäßigkeit stabil mit hoher Genauigkeit der Regulierung der Dickenungleichmäßigkeit hergestellt werden kann.
- Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung einer Folie aus einem thermoplastischen Kunstharz durch Extrudieren eines geschmolzenen thermoplastischen Kunstharzes aus einer Düse auf die Oberfläche einer Kühlwalze unter Regulierung des angestrebten Temperaturprofils unter Verwendung einer Heizvorrichtung vorgesehen, die in Querrichtung in der Nähe der Düsenlippe angeordnet ist und in der das in Querrichtung variierende Temperaturprofil eingestellt werden kann, und wobei außerdem ein Temperatursensor zum Messen des Temperaturprofils in der Nähe der Düsenlippe und ein Dickensensor, der zum Messen des Dickenprofils in Querrichtung einer Folie befähigt ist, vorgesehen sind, und wobei das angestrebte Temperaturprofil und die Leistung der Heizvorrichtung in Übereinstimmung mit Signalen von dem Temperatursensor und dem Dickensensor geregelt werden, wodurch die Dicke der Folie in Querrichtung automatisch eingestellt wird, wobei das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, daß der Temperatursensor außerhalb der Düse in der Nähe der Austrittsöffnung der Düsenlippe angeordnet ist, so daß das Temperaturprofil der geschmolzenen Harzfolie unmittelbar nach der Extrusion aus der Düsenöffnung gemessen wird.
- Gemäß der vorliegenden Erfindung ist weiterhin eine Vorrichtung zur Herstellung von thermoplastischen Kunstharzfolien vorgesehen, welche umfaßt (a) eine Düse (2) zum Extrudieren eines geschmolzenen thermoplastischen Kunstharzes, (b) eine Heizvorrichtung (9), die in der Nähe einer Düsenlippe (3) dieser Düse (2) angeordnet ist und in der ein Temperaturprofil, welches in der Folie in Querrichtung variiert, eingestellt werden kann, (c) mindestens eine Kühlwalze zum Kühlen einer im geschmolzenen Zustand aus dieser Düse extrudierten Kunstharzfolie, (d) einen Temperatursensor (10) zum Messen eines Temperaturprofils in der Nähe dieser Düsenlippe (3), (e) einen Dickensensor (12), der zur Messung eines Dickenprofils in Querrichtung der Folie befähigt ist, und (f) einen Regler (11) zum Regulieren des angestrebten Temperaturprofils und der Leistung der Heizvorrichtung (9), während er Signale von dem Dickensensor (12) und dem Temperatursensor (10) empfängt, wodurch die Dicke in Querrichtung der Folie automatisch eingestellt werden kann, wobei diese Vorrichtung dadurch gekennzeichnet ist, daß der Temperatursensor (10) außerhalb der Düse in der Nähe der Austrittsöffnung der Düsenlippe angeordnet ist, um das Temperaturprofil der extrudierten geschmolzenen Kunstharzfolie unmittelbar nach der Extrusion aus der Düsenaustrittsöffnung zu messen.
- Fig. 1 ist ein Diagramm, das den Aufbau einer Vorrichtung zur Herstellung von thermoplastischen Kunstharzfolien zeigt, die zur Durchführung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet wird; und Fig. 2 ist ein Diagramm, das den Aufbau des Düsenteils dieser Vorrichtung veranschaulicht.
- Die vorliegende Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen im einzelnen erläutert. Bezugnehmend auf Fig. 1 fließt ein in einem (nicht dargestellten) Extruder geschmolzenes und geknetetes thermoplastisches Kunstharz durch eine Verbindung 1 in eine Düse 2 und wird durch eine Düsenlippe 3 nach außen extrudiert, und das Extrudat wird in Form einer Folie 6 durch Kühlwalzen 4 und 5 entnommen. Eine Heizvorrichtung 8 ist mit der Düse 2 verbunden, um die insgesamte Düsentemperatur auf einem konstanten Niveau zu halten, und die Heiztemperatur wird durch ein (nicht dargestelltes) Thermoelement od. dgl. gemessen und durch einen (nicht dargestellten) Temperaturregler eingestellt. Bezugszeichen 7 bezeichnet einen Einstellbolzen zum Verändern des Spaltes eines Fließweges, Bezugszeichen 11 bezeichnet einen Regler, und Bezugszeichen 12 bezeichnet einen Dickensensor, welcher in Abwärtsrichtung in dem Folienherstellungsverfahren angeordnet und mit dem Regler 11 elektrisch verbunden ist. Das Dickenungleichmäßigkeitsprofil wird durch den Dickensensor 12 gemessen, und der Unterschied zwischen diesem gemessenen Profil und dem angestrebten Profil wird durch den Regler 11 bestimmt, und der Fließwegspalt wird durch den Einstellbolzen 7 oder einen sich durch Wärme ausdehnenden, aus Metall aufgebauten Körper verändert.
- Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, ist eine Heizvorrichtung 9 zum Regeln der Dickenungleichmäßigkeit in Querrichtung in der Nähe der Düsenlippe 3 angeordnet, und diese Heizvorrichtung 9 ist mit dem Regler 11 elektrisch verbunden. Weiterhin ist ein Temperatursensor 10, wie ein Infrarotstrahlensensor, der in der Nähe der Düsenlippe 3 angeordnet ist, mit dem Regler 11 elektrisch verbunden. Die Heizvorrichtung 9 hat einen Aufbau, bei dem ein elektrisches Heizsystem als Wärmequelle verwendet wird, und ein in Querrichtung variierendes Temperaturprofil kann eingestellt werden. Bei einem bevorzugten Beispiel dieses Aufbaus ist, wie in Fig. 2 gezeigt, die Gesamtheit (oder mindestens ein Teil) der Heizvorrichtung 9 in Düsenquerrichtung in eine Vielzahl (beispielsweise 18, wie in der Zeichnung dargestellt) von Blöcken aufgeteilt, und die Temperatur der jeweiligen Blöcke kann unabhängig festgelegt werden.
- Das angestrebte Dickenungleichmäßigkeitsprofil wird in den Regler 11 eingegeben, und das angestrebte Temperaturprofil wird aus dem Unterschied zwischen diesem angestrebten Dickenungleichmäßigkeitsprofil und dem durch den Dickensensor 12 gemessenen Dickenungleichmäßigkeitsprofil berechnet.
- Der Regler 11 führt entsprechend der angestrebten Temperatur eines jeden Blockes der Heizvorrichtung 9 elektrische Energie zu.
- Elektrische Energie kann durch ein Triac od. dgl. zugeführt werden, und es kann ein Verfahren, bei dem die Menge der durch die Heizvorrichtung 9 erzeugten Wärme durch Verändern des Spannungswertes oder des Stromstärkewertes geregelt wird, und ein Verfahren, bei dem die Menge der erzeugten Wärme durch Ein- und Ausschalten der Zuführung von elektrischer Energie zu der Heizvorrichtung 9 geregelt wird, angewandt werden.
- Nachdem die Temperatur der Heizvorrichtung 9 festgelegt worden ist, wird die Temperatur des von der Düsenlippe 3 extrudierten geschmolzenen Kunstharzes entsprechend den angestrebten Temperaturen der jeweiligen Blöcke der Heizvorrichtung 9 verändert.
- Da mit Verlauf einer gewissen Zeit durch die Außenlufttemperatur oder wegen wechselseitiger Beeinflussungen zwischen den Blöcken das Kunstharztemperaturprofil oftmals verschieden von dem angestrebten Temperaturprofil gemacht wird, legt der Regler 11, um den Unterschied zu dem angestrebten Profil zu kompensieren, entsprechend dem Signal von dem Temperatursensor 10 eine korrigierte Temperatur für die Heizvorrichtung 9 fest. Durch Wiederholung der vorstehenden Prozeduren wird die Temperatur des geschmolzenen Kunstharzes nahe an das angestrebte Profil gebracht.
- Wenn das Kunstharztemperaturprofil nahe bei dem angestrebten Temperaturprofil jenseits eines bestimmten Niveaus ist, legt der Regler 11 aus dem Unterschied zwischen dem durch den Dickensensor 12 gemessenen Dickenungleichmäßigkeitsprofil und dem angestrebten Dickenungleichmäßigkeitsprofil ein neues angestrebtes Temperaturprofil fest. Durch Wiederholung der obigen Prozeduren wird das Dickenungleichmäßigkeitsprofil sehr nahe an das angestrebte Dickenungleichmäßigkeitsprofil gebracht.
- Da bei der vorliegenden Erfindung die aus der Düsenlippe 3 fließende Menge des Kunstharzes durch Ausnutzung der Änderung der Viskosität des geschmolzenen Kunstharzes durch die Änderung der Temperatur geregelt wird, kann die Temperatur des Austrittsöffnungsteiles der Düsenlippe 3 als Fließmenge des Kunstharzes gemessen werden, und da diese Temperatur mit dem Dickenungleichmäßigkeitsprofil der Folie 6 nach Abkühlung und Verfestigung übereinstimmt, ist die Regulierungsgenauigkeit gegenüber der durch das herkömmliche automatische Dickenungleichmäßigkeitsregelulierverfahren erhältlichen Genauigkeit sehr verbessert.
- Bei der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsform ist die die Dickenungleichmäßigkeit regelnde Heizvorrichtung 9 über die gesamte Breite der Düse angeordnet, aber da der Kantenbereich der Folie im wesentlichen nicht als Produkt verwendet wird, kann die Heizvorrichtung 9 nur über einen mittleren Bereich der Düsenbreite angeordnet sein.
- Bei der Heizvorrichtung 9 ist die Blocklänge in Düsenquerrichtung vorzugsweise nicht größer als 50 mm, und besonders zu bevorzugen ist, wenn die Heizvorrichtung 9 so konstruiert ist, daß die Temperatur bei einer Vielzahl von Blöcken mit einer Länge von 5 mm bis 30 mm unabhängig eingestellt werden kann. Wenn die Länge eines jeden Blockes der Heizvorrichtung 9 50 mm überschreitet, ist die Genauigkeit der Regulierung der Dickenungleichmäßigkeit in der Folie nicht ausreichend.
- In der Heizvorrichtung 9 wird als Wärmequelle ein elektrisches Heizsystem angewandt, und um eine einheitliche Temperatur in jedem Block aufrechtzuerhalten, wird vorzugsweise ein Metall mit einer guten Wärmeleitfähigkeit, insbesondere Aluminium, als Baumaterial für die Heizvorrichtung 9 verwendet. Als typisches Beispiel kann eine bekannte Aluminiumguß-Heizvorrichtung erwähnt werden, die Aluminium mit einer guten Wärmeleitfähigkeit enthält, welches ein Heizelement umgibt.
- Der Abstand der Heizvorrichtung 9 von der Düsenlippe 3 ist ein Faktor, der Einfluß auf die Genauigkeit der Regulierung der Dickenungleichmäßigkeit der Folie hat, und wenn dieser Abstand kleiner wird, wird die Ansprechgeschwindigkeit erhöht und die Genauigkeit verbessert. Bei der vorliegenden Erfindung ist vorzugsweise der Abstand der Heizvorrichtung 9 von der Düsenlippe 3 nicht größer als 200 mm, insbesondere nicht größer als 150 mm, besonders speziell 5 bis 100 mm. Es ist ausreichend, wenn nur ein Teil der Heizvorrichtung 9 diesen Abstandsanforderungen genügt, und das andere Ende der Heizvorrichtung 9 kann um mehr als 200 mm von der Düsenlippe 3 entfernt sein.
- Beliebige bekannte thermoplastische Kunstharze, die üblicherweise für die Ausbildung von Folien verwendet werden, können bei der vorliegenden Erfindung als thermoplastisches Kunstharz verwendet werden. Als typische Beispiele können Polyolefine, wie Polyethylen und Polypropylen, Polyester, wie Polyethylenterephthalat, Vinylpolymere, wie Polystyrol, Polyamide, wie Nylon-66 und Nylon-6, und Polycarbonate erwähnt werden.
- Die Zeichnungen erläutern den Aufbau der bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendeten Vorrichtung, und es können verschiedene Abänderungen vorgenommen werden, ohne daß der Bereich der Erfindung verlassen wird.
- Obwohl beispielsweise der Temperatursensor 10 und der Dickensensor 12 vorzugsweise so angeordnet sind, daß sie in Düsenquerrichtung abtasten, kann ein Verfahren angewandt werden, bei dem viele stationäre Sensoren verwendet werden. Vorzugsweise wird als Dickensensor 12 ein IR-, β-Strahlen-, Laserstrahlensensor oder ein die elektrostatische Kapazität messender Sensor verwendet, aber die Art des Dickensensors 12 ist nicht besonders kritisch.
- Weiterhin kann eine Modifikation angewandt werden, bei der ein Drosselschieber, eine bewegliche Lippe oder eine biegsame Lippe in Kombination mit der Düse 2 verwendet wird, um eine Grobeinstellung der Dickenungleichmäßigkeit der Folie zu erlauben, und eine Feineinstellung wird dann gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung durchgeführt.
- Die vorliegende Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die folgenden Beispiele im einzelnen beschrieben.
- Unter Verwendung der in Fig. 1 und 2 gezeigten Vorrichtung wurden Folien aus Polyethylen und Polypropylen geformt.
- Bei allen Beispielen und Vergleichsbeispielen war die Basis der Düse 2 vom biegsamen Typ, die Lippenbreite betrug 1500 mm, und der Lippenspalt betrug 0,5 mm.
- Der bei den Beispielen verwendete Temperatursensor 10 war ein kontaktloses Infrarot-Thermometer, und als Heizvorrichtung 9 wurde eine elektrische Aluminiumguß-Heizvorrichtung verwendet. Als Dickensensor 12 wurde ein β-Strahlen-Dickensensor benutzt. Sowohl der Temperatursensor 10 als auch der Dickensensor 12 tasteten in Düsenquerrichtung ab, um die Messung über die gesamte Breite der Folie 6 durchzuführen.
- Extrudertemperatur 180 bis 240ºC,
- Verbindungstemperatur 240ºC,
- Düsentemperatur 240ºC,
- Kunstharztemperaturprofil von 240 + 4ºC bis 240-0ºC
- Die Ausformbedingungen waren dieselben wie bei Beispiel 1, ausgenommen die Anzahl der Blöcke der Heizvorrichtung 9.
- Extrudertemperatur 180 bis 240ºC,
- Verbindungstemperatur 240ºC,
- Düsentemperatur 240ºC
- Extrudertemperatur 180 bis 200ºC,
- Verbindungstemperatur 200ºC,
- Düsentemperatur 200ºC,
- Kunstharztemperaturprofil von 200 + 4ºC bis 200-0ºC
- Extrudertemperatur 180 bis 200ºC,
- Verbindungstemperatur 200ºC,
- Düsentemperatur 200ºC
- Extrudertemperatur 180 bis 200ºC,
- Verbindungstemperatur 200ºC,
- Düsentemperatur 200ºC,
- Temperatur der Lippenheizvorrichtung 204ºC
- Die bei den Beispielen und den Vergleichsbeispielen erhaltenen Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle zusammengestellt. Beispiel Vergleichsbeispiel Verwendetes Kunstharz Heizvorrichtung Vorhanden Nicht vorhanden Lippenheizung Blockanzahl der Heizvorrichtung Länge jedes Blockes der Heizvorrichtung Abstand zwischen Heizvorrichtung und Auslaß d. Düse Durchschnittl. Dicke der Folie Ungleichmäßigkeitsbereich der Dicke der Folie Automatische Regulierung der Dicke Durchgeführt Nicht durchgeführt Automatische Dickenregulierung nach der Erfindung Anmerkung *1: Polypropylen mit einem Schmelzfluß-Index von 10 *2: Polyethylen niedriger Dichte mit einer Dichte von 0,921 und einem Schmelzindex von 8
- Gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine Heizvorrichtung, bei der ein in Querrichtung variierendes Temperaturprofil festgelegt werden kann, in der Nähe einer Düsenlippe in Querrichtung angeordnet, und durch Verwendung eines Temperatursensors zum Messen des Kunstharztemperaturprofils in der Nähe der Austrittsöffnung der Düsenlippe und eines Dickensensors, der zum Messen des Dickenprofils in Querrichtung einer Folie od. dgl. befähigt ist, wird die Dicke in Querrichtung der Folie od. dgl. automatisch eingestellt. Deshalb kann gemäß der vorliegenden Erfindung eine Folie od. dgl. mit verminderter Dickenungleichmäßigkeit stabil mit hoher Genauigkeit der Regulierung der Dickenungleichmäßigkeit zugeführt werden. Wenn die so ausgebildete Folie od. dgl. einer Nachbehandlungsstufe unterzogen wird, beispielsweise der Laminierung oder der Beschichtung, liefert die Folie od. dgl. ein Produkt von hohem wirtschaftlichem Wert.
- 1: Verbindung, 2: Düse, 3: Düsenlippe, 4 und 5: Kühlwalzen, 6: Folie, 7: den Fließwegspalt einstellender Bolzen, 8: Heizvorrichtung, 9: die Dickenungleichmäßigkeit regelnde Heizvorrichtung, 10: Temperatursensor, 11: Regler zum Regulieren der Leistung der Heizvorrichtung 9, 12: Foliendickensensor
Claims (8)
1. Verfahren zur Herstellung einer Folie aus einem
thermoplastischen Kunstharz durch Extrudieren eines
geschmolzenen thermoplastischen Kunstharzes aus einer Düse
auf die Oberfläche einer Kühlwalze, während das angestrebte
Temperaturprofil unter Verwendung einer Heizvorrichtung
kontrolliert wird, die in Querrichtung in der Nähe der
Düsenlippe angeordnet ist und in der das in Querrichtung
variierende Temperaturprofil eingestellt werden kann, und
wobei außerdem ein Temperatursensor zum Messen des
Temperaturprofils in der Nähe der Düsenlippe und ein
Dickensensor, der zum Messen des Dickenprofils in
Querrichtung einer Folie vorgesehen sind, und das
angestrebte Temperaturprofil und die Leistung der
Heizvorrichtung in Übereinstimmung mit Signalen von dem
Temperatursensor und dem Dickensensor geregelt werden,
wodurch die Dicke der Folie in Querrichtung automatisch
eingestellt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der
Temperatursensor außerhalb der Düse in der Nähe der
Austrittsöffnung der Düsenlippe angeordnet ist, so daß das
Temperaturprofil der geschmolzenen Kunstharzfolie
unmittelbar nach der Extrusion aus der Düsenöffnung
gemessen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem eine
Heizvorrichtung verwendet wird, die in einem Teil oder in
ihrer Gesamtheit in zahlreiche Blöcke einer Länge von nicht
mehr als 50 mm längs der Querrichtung der Düse unterteilt
ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die
Heizvorrichtung so angeordnet ist, daß die Abstand zwischen
der Heizvorrichtung und der Austrittsöffnung der Düse nicht
größer als 200 mm ist.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei
dem Aluminium als Wärmeleiter der Heizvorrichtung verwendet
wird.
5. Vorrichtung zur Herstellung von
thermoplastischen Kunstharzfolien, welche umfaßt (a) eine
Düse (2) zur Extrusion eines geschmolzenen
thermoplastischen Kunstharzes, (b) eine Heizvorrichtung (9)
die in der Nähe einer Düsenlippe (3) dieser Düse (2)
angeordnet ist und in der ein Temperaturprofil, welches in
Querrichtung der Folie variiert, eingestellt werden kann,
(c) mindestens eine Kühlwalze zum Kühlen einer im
geschmolzenen Zustand aus dieser Düse extrudierten
Kunstharzfolie, (d) einen Temperatursensor (10) zum Messen
eines Temperaturprofils in der Nähe dieser Düsenlippe (3),
(e) einen Dickensensor (12), der zur Messung eines
Dickenprofils in Querrichtung der Folie befähigt ist, und
(f) einen Regler (11) zum Regeln des angestrebten
Temperaturprofils und der Leistung dieser Heizvorrichtung
(9) während er Signale von dem Dickensensor (12) und dem
Temperatursensor (10) empfängt, wodurch die Dicke der Folie
in Querrichtung automatisch eingestellt werden kann,
dadurch gekennzeichnet, daß der Temperatursensor (10)
außerhalb der Düse in der Nähe der Austrittsöffnung der
Düsenlippe angeordnet ist, um das Temperaturprofil der
extrudierten geschmolzenen Kunstharzfolie unmittelbar nach
der Extrusion aus der Düsenaustrittsöffnung zu messen.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, in der ein Teil
oder die Gesamtheit der Heizvorrichtung (9) in zahlreiche
Blöcke mit einer Länge nicht mehr als 50 mm längs der
Querrichtung der Düse (2) unterteilt ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, in der die
Heizvorrichtung (9) derart angeordnet ist, daß der Abstand
zwischen der Heizvorrichtung (9) und der Auftrittsöffnung
der Düse (2) nicht größer 200 mm ist.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7,
in der die Heizvorrichtung (9) Aluminium als Wärmeleiter
enthält.
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