ES2301128T3 - Compuestos de moldeo de poliamida reforzados. - Google Patents

Compuestos de moldeo de poliamida reforzados. Download PDF

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Abstract

Procedimiento para la preparación de compuestos de moldeo de poliamida reforzados de alta rigidez y simultáneamente tenacidad por el procedimiento de pultrusión, en el que dichos compuestos de moldeo de poliamida presentan valores de estabilidad dimensional en caliente HDT/A (1,8 MPa) (medidos según ISO 75) de más de 242ºC, en particular de por lo menos 245ºC, HDT/C (8 MPa) de más de 150ºC, en particular de más de 170ºC, así como una matriz de poliamida, en el que dichos compuestos de moldeo de poliamida contienen una mezcla de los siguientes componentes: (A) poliamida 66, (B) copoliamida, constituida por (b1) de 50 a 80 partes en peso de unidades, en particular de 50 a 70 partes en peso de unidades derivadas de ácido tereftálico (T) en combinación con hexametilendiamina (6) en una relación casi equimolar, (b2) de 50 a 20 partes en peso de unidades, en particular de 50 a 30 partes en peso de unidades derivadas de ácido isoftálico (I) en combinación con hexametilendiamina en una relación casi equimolar, sumando las partes en peso de los componentes (b1) y (b2) 100 partes en peso, y un componente de carga, que contiene una mezcla constituida por: (C) fibras de vidrio y (D) fibras de carbono, siendo la suma de los porcentajes en peso de los componentes (A) a (D) igual a un 100% y cumpliendo los componentes (A), (B), (C) y (D) las siguientes condiciones: (A) + (B):de un 20 a un 60% en peso, relación en peso (A)/(B):de 50/50 a 95/5, (C) + (D):de un 40 a un 80% en peso, relación en peso (C)/(D):de 80/20 a 95/5, en el que dichos compuestos de moldeo de poliamida contienen, si se desea, además de los componentes (A) a (D), unos aditivos (E), cuya cantidad se añade a la suma de los componentes (A) a (D), comprendiendo el procedimiento de pultrusión las etapas siguientes: fundir la parte polimérica e impregnar una cuerda de fibras continuas completamente con la masa fundida polimérica, enfriando y cortando a continuación el producto obtenido, de tal manera que se obtiene el granulado en forma de varillas reforzado por fibras largas.

Description

Compuestos de moldeo de poliamida reforzados.
La presente invención se refiere a un procedimiento para la preparación de compuestos de moldeo de poliamida reforzados, que pueden prepararse a partir de una mezcla de poliamida mediante procesos de pultrusión y presentan propiedades mecánicas que normalmente no son compatibles entre sí, es decir, que presentan una combinación extraordinaria de alta rigidez y resistencia con buena tenacidad. Además, con los compuestos de moldeo de poliamida se consigue según la invención una alta estabilidad dimensional en caliente (HDT).
Los compuestos de moldeo de poliamida termoplásticos producidos según la invención son aptos para la preparación de piezas moldeadas u otros productos semiacabados o piezas acabadas, que pueden prepararse por ejemplo por extrusión, moldeo por inyección, compresión, procedimientos directos o compounding directo, en los que el producto de moldeo de poliamida compuesto se transforma directamente por moldeo de inyección o según otras técnicas de conformado.
Las mezclas de poliamida reforzadas son cada vez más importantes en el campo de los materiales constructivos técnicos, puesto que, además de alta rigidez, presentan una buena tenacidad y estabilidad dimensional en caliente. Entre los ejemplos de sus campos de aplicación, se incluyen piezas interiores y exteriores en el sector del automóvil y en el ámbito de otros medios de transporte, materiales de carcasa para dispositivos y aparatos para la telecomunicación, electrónica de entretenimiento, aparatos domésticos, construcción de máquinas, sector de calefacción y piezas de fijación para instalaciones.
La ventaja particular de las poliamidas reforzadas radica en la interconexión particularmente eficaz entre la matriz polimérica y los materiales de refuerzo. Esto es válido también para altos grados de refuerzo, que dan lugar a productos de alta rigidez. Sin embargo, la tenacidad de dichos productos no satisface todos los requerimientos.
En lo sucesivo, el término poliamidas se refiere a los polímeros que se derivan de ácidos dicarboxílicos, diaminas, ácidos aminocarboxílicos y/o lactamas. Dichos polímeros pueden ser homo- o copoliamidas. El promedio numérico del peso molecular de las poliamidas debería situarse por encima de 5.000, preferentemente por encima de 10.000.
El documento JP 07-097514 (Asahi) da a conocer composiciones de resinas de poliamida como material aislante para conmutadores deslizantes eléctricos. El perfil de características deseado comprende las siguientes características: estabilidad dimensional, HDT, resistencia a las corrientes de fuga, resistencia a los arcos, rugosidad superficial, brillo superficial, depósitos en el molde durante el conformado, propiedades deslizantes, capacidad de fluidez. Particularmente importantes son las características eléctricas, la calidad de acabado y las características deslizantes. La mezcla de poliamidas (40 a 70% en peso) utilizada como matriz se compone de (a1) una copoliamida constituida por un 55 a un 95% en peso de unidades 66 y un 5 a un 45% en peso de unidades 6I y/o 6 y (a2) un 0 a un 50% en peso de una poliamida alifática (PA), seleccionada entre PA 6, PA 66, PA 11, PA 12, PA 610, PA 612, PA 46 así como, en calidad de carga (30 a 60% en peso), una mezcla de fibras y minerales (relación en peso 1,0 o menos), seleccionada entre fibras de vidrio, fibras de carbono, mica, talco, caolinita, wollastonita, carbonato cálcico, óxido de magnesio o titanato de potasio. En los ejemplos, se utilizan como componente (a1) copoliamida 66/6I o copoliamida 66/6 y como componente (a2) PA 66, PA 66/6, PA 612 o PA 6. Las resistencias a la rotura conseguidas en los ejemplos están comprendidas entre 1070 kg/cm^{2} y 1800 kg/cm^{2}, es decir, al ser convertidas entre 105 MPa y 176 MPa. Los valores HDT A conseguidos están comprendidos entre 210ºC y 241ºC.
El documento JP 03-269056 (Mitsubishi) da a conocer en las reivindicaciones de forma muy generalizada compuestos de moldeo de poliamida constituidos por (A) poliamida 6 o poliamida 66 en combinación con una copoliamida constituida por (Ba) una diamina alifática, ácido isoftálico y ácido tereftálico (un 60 a un 100%) (Ba)) y (Bb) una lactama y/o una diamina alifática y un ácido dicarboxílico alifático (un 0 a un 40% (Bb), una carga (C) y como componente (D) ácidos carboxílicos alifáticos saturados y/o una sal metálica de los mismos. Según el documento JP 03-269056, las relaciones de las cantidades están sujetas a las siguientes condiciones (A) + (B) = un 40 a un 95%, (C) = un 3 a un 60%, (D) = un 0,005 a un 1% y una relación de (B)/(A) comprendida entre 0,01 y 0,025, siendo (B) = (Ba) + (Bb).
Sin embargo, según las fórmulas utilizadas en los ejemplos del documento JP 03-269056 próximas a la práctica, la poliamida alifática utilizada es la poliamida 66 o la poliamida 6, mientras que la poliamida semi-aromática utilizada es una poliamida 6I/6T (relación en peso 66,7/33,3) o una poliamida 6I/6T/6 (relación en peso 62,6/31,3/6,1). La carga utilizada es exclusivamente una fibra de vidrio, si se desea, en combinación con wollastonita, siendo el contenido máximo en cargas un 40% en peso (ver los Ejemplos 2 y 3). Según el documento JP 03-269056, se pretende preparar compuestos de moldeo que presenten un comportamiento térmico y mecánico excelente y también buenas características de superficie, es decir, libres de deformaciones o depresiones en las piezas moldeadas. Sin embargo, la utilización de 6I/6T según el documento JP 03-269056 (ver el Ejemplo 2) sólo da un valor HDT/A de 241ºC así como un valor HDT/C de 150ºC (repetido por el inventor, ver el Ejemplo Comparativo 11). Además, las resistencias a la rotura conseguidas son, al ser convertidas, de 182 y 185 MPa, respectivamente (ver los Ejemplos 2 y 3).
El documento EP-A-672723 da a conocer una composición de resinas de poliamida reforzada por fibras largas.
\newpage
El documento DE-A-4321247 da a conocer un compuesto de resina de poliamida que contiene un 5 a un 70% en peso de una carga inorgánica que puede estar seleccionada entre fibras de vidrio y fibras de carbono.
Por tanto, el objetivo de la presente invención es proporcionar un procedimiento para la preparación de compuestos de moldeo de poliamida adicionales, reforzados, de alta rigidez y simultáneamente de alta tenacidad con altas estabilidades dimensionales en caliente (HDT), de modo que para un contenido en cargas determinado se consiguen características mecánicas que normalmente no son compatibles entre sí.
Dicho objetivo se alcanza mediante el procedimiento según la reivindicación 1, en el que se utiliza una mezcla de poliamidas para preparar los compuestos de moldeo, con una matriz de poliamida constituida por una mezcla de poliamida 66 (homopoliamida) y una copoliamida (CoPA) 6T/6I (B) así como, en calidad de agente de refuerzo, una mezcla de fibras de vidrio y fibras de carbono. Con el fin de obtener un incremento adicional de la rigidez, una parte de las fibras de vidrio pueden ser reemplazadas con fibras de carbono, con lo cual se utiliza un compound reforzado por fibras híbridas.
En una forma de realización ventajosa de la invención, las fibras pueden estar también recubiertas.
Adicionalmente, dicho objetivo se alcanza por medio del granulado de varillas reforzado por fibras largas según la reivindicación 15, de la utilización según la reivindicación 16, de la preparación de las piezas moldeadas según la reivindicación 17 así como de las piezas moldeadas según la reivindicación 18.
Las reivindicaciones subordinadas contienen formas de realización ventajosas, pero no exclusivas de la invención.
Por tanto, los compuestos de moldeo de poliamida que pueden prepararse según la invención son compuestos de moldeo de poliamida, reforzados, de alta rigidez y simultáneamente de alta tenacidad con alta estabilidad dimensional en caliente (HDT) que contiene, como matriz de poliamida, una mezcla de los siguientes componentes:
(A)
poliamida 66,
(B)
copoliamida constituida por
(b_{1})
de 50 a 80 partes en peso de unidades, en particular de 50 a 70 partes en peso de unidades derivadas de ácido tereftálico (T) en combinación con hexametilendiamina (6) en una relación casi equimolar,
(b_{2})
de 50 a 20 partes en peso de unidades, en particular de 50 a 30 partes en peso de unidades derivadas de ácido isoftálico (I) en combinación con hexametilendiamina en una relación casi equimolar,
\quad
sumándose las partes en peso de los componentes (b_{1}) y (b_{2}) a 100 partes en peso,
\vskip1.000000\baselineskip
y como componente de carga una mezcla constituida por:
(C)
fibras de vidrio y
(D)
fibras de carbono,
\vskip1.000000\baselineskip
siendo la suma de los porcentajes en peso de los componentes (A) a (D) igual a un 100% y cumpliendo los componentes (A), (B), (C) y (D) las siguientes condiciones:
(A) + (B):
de un 20 a un 60% en peso, en particular un 20 a un 39% en peso,
relación en peso (A)/(B):
de 50/50 a 95/5,
(C) + (D):
de un 40 a un 80% en peso,
relación en peso (C)/(D):
de 80/20 a 95/5,
\quad
en los que los compuestos de moldeo de poliamida contienen, si se desea, además de los componentes (A) a (D), unos aditivos (E), cuya cantidad se añade a la suma de los componentes (A) a (D).
\vskip1.000000\baselineskip
En formas de realización especiales de la invención, la cantidad de carga, es decir, de fibras de vidrio y fibras de carbono, está comprendida entre un 61 y un 75% en peso, de forma particularmente preferida entre un 64 y un 75% en peso, de forma especialmente preferida entre un 66 y un 75% en peso.
Las características mecánicas y térmicas alcanzadas según la invención de los compuestos de moldeo reforzados comprenden resistencias a la rotura de más de 230 MPa (medidas en probetas estándares según ISO 527), alargamientos de rotura de más de un 1,4% (medidas en probetas estándares según ISO 527), valores de estabilidad dimensional en caliente HDT/A (1,8 MPa) (medidos según ISO 75) de más de 242ºC, preferentemente de por lo menos 245ºC, HDT/C (8 MPa) (medidos según ISO 75) de más de 150ºC, preferentemente de más de 170ºC.
La copoliamida utilizada según la invención es una copoliamida 6T/6I (componente (B)). En este caso, la relación de la poliamida 6T/6I al contenido de poliamida 66 es particularmente importante.
En una forma de realización particular de la invención, los compuestos de moldeo de poliamida presentan resistencias a la rotura de más de 230 MPa y, dado el caso, resiliencias de por lo menos 25 kJ/m^{2}.
En otra forma de realización preferida de la invención, los compuestos de moldeo de poliamida presentan resistencias a la rotura de por lo menos 250 MPa y, dado el caso, resiliencias de por lo menos 25 kJ/m^{2}.
En otra forma de realización adicional de la invención, los compuestos de moldeo de poliamida presentan un contenido en fibras total comprendido entre un 66 y un 74% en peso, un módulo de elasticidad de tracción de más de 25.500 MPa, preferentemente de más de 27.000 MPa, de forma particularmente preferida de más de 28.000 MPa, y, dado el caso, una resiliencia de por lo menos 30 kJ/m^{2}.
Según la invención, los compuestos de moldeo de poliamida pueden presentar un contenido en fibras total comprendido entre un 66 y un 74% en peso y una resiliencia de por lo menos 40 kJ/m^{2}, preferentemente de por lo menos 45 kJ/m^{2}.
En otra forma de realización adicional de la invención, los compuestos de moldeo de poliamida presentan un contenido en fibras total comprendido entre un 46 y un 54% en peso, un módulo de elasticidad de tracción de más de 18.000 MPa, preferentemente de más de 19.000 MPa, de forma particularmente preferida de más de 20.000 MPa, y, dado el caso, una resiliencia de por lo menos 25 kJ/m^{2}.
En otra forma de realización particular de la invención, los compuestos de moldeo de poliamida presentan un contenido en fibras total comprendido entre un 46 y un 54% en peso y una resiliencia de por lo menos 30 kJ/m^{2}, preferentemente de por lo menos 35 kJ/m^{2}.
En otra forma de realización adicional de la invención, los compuestos de moldeo de poliamida presentan un contenido en fibras total comprendido entre un 55 y un 65% en peso, un módulo de elasticidad de tracción de más de 20.000 MPa, preferentemente de más de 25.000 MPa, de forma particularmente preferida de más de 30.000 MPa, y, dado el caso, una resiliencia de por lo menos 35 kJ/m^{2}, preferentemente de por lo menos 40 kJ/m^{2}.
Ajustando la relación a 6T > 6I permite elevar el punto de fusión y la HDT. La copoliamida 6T/6I presenta una viscosidad relativa (VR), medida en una solución de m-cresol al 0,5%, comprendida entre 1,4 y 1,8, preferentemente entre 1,48 y 1,7.
Las fibras de vidrio utilizadas según la invención como filamentos (componente de carga (C)) presentan un diámetro comprendido entre 10 y 20 \mum, preferentemente entre 12 y 18 \mum, siendo la sección transversal de las fibras de vidrio redonda, ovalada o angular. En particular, según la invención, se utilizan fibras de vidrio E. Sin embargo, también puede utilizarse cualquier otro tipo de fibras de vidrio, tales como por ejemplo fibras de vidrio A, C, D, M, S, R o cualquier mezcla de las mismas o mezclas con fibras de vidrio E.
Sin embargo, los compuestos de moldeo de poliamida pueden contener también otros aditivos (E), tales como por ejemplo los procedentes del grupo constituido por estabilizantes inorgánicos, estabilizantes orgánicos, lubricantes, colorantes, pigmentos metálicos, laminillas de metal, partículas recubiertas de metal, medios retardadores de la llama que contienen halógeno, medios retardadores de la llama libres de halógeno, modificadores para aumentar la resistencia al choque, antiestáticos, aditivos de conductividad, desmoldeantes, blanqueadores ópticos, silicatos estratificados naturales, silicatos estratificados sintéticos o mezclas de los aditivos citados.
Los antiestáticos utilizados en los compuestos de moldeo según la invención son por ejemplo negro de humo y/o nanotubos de carbono.
Sin embargo, utilizando negro de humo además de las fibras de carbono puede servir también para mejorar la coloración negra del compuesto de moldeo.
Entre los ejemplos de los silicatos estratificados que pueden utilizarse en los compuestos de moldeo según la invención, se incluyen caolinita, serpentinos, talco, mica, vermiculita, ilitas, esmectitas, montmorillonita, hectorita, hidróxidos dobles o mezclas de los mismos. Los silicatos estratificados pueden haberse tratado en superficie, pero también pueden ser sin tratar.
Entre los ejemplos de estabilizantes o protectores contra el envejecimiento que pueden utilizarse en los compuestos de moldeo según la invención, se incluyen antioxidantes, antiozonantes, protectores contra la luz, estabilizantes contra la radiación ultravioleta, absorbentes de la radiación ultravioleta, o bloqueadores de la radiación ultravioleta.
Por tanto, la presente invención es un granulado de varillas reforzado por fibras largas con características mecánicas que normalmente no son compatibles entre sí, es decir, una combinación de una rigidez extraordinariamente alta y una alta HDT con buena tenacidad. Sorprendentemente, se ha hallado que esto puede alcanzarse mediante la combinación de dos medidas: la adición de una copoliamida parcialmente aromática 6T/6I y la utilización de fibras de carbono, además de las fibras de vidrio. Por tanto, se utiliza un compound reforzado por fibras híbridas, para el cual un contenido de un 15 a un 30% en peso de PA 66, un 4 a un 17% en peso de CoPA 6T/6I, un 61 a un 65% en peso de fibras de vidrio y un 5 a un 9% en peso de fibras de carbono se ha mostrado como composición particularmente preferida tanto con relación a las características mecánicas como la rentabilidad del compuesto de moldeo según la invención. Dichos porcentajes en peso se suman dando un 100%. La cantidad de cualquier aditivo utilizado se suma a dicho 100%.
En una forma de realización de la invención con un contenido en fibras total comprendido entre un 66 y un 74% en peso, los compuestos de moldeo presentan un módulo de elasticidad de tracción de más de 25.500 MPa, preferentemente de más de 27.000 MPa, de forma particularmente preferida de más de 28.000 MPa, y, en particular, un alargamiento de rotura de por lo menos un 1,5%.
El alargamiento de rotura de los compuestos de moldeo según la invención con un contenido en fibras total comprendido entre un 66 y un 74% en peso puede ser preferentemente de por lo menos un 1,6%, de forma particularmente preferida de por lo menos un 1,7%.
En particular, la resiliencia (Charpy New, 23ºC) de los compuestos de moldeo según la invención con un contenido en fibras total comprendido entre un 66 y un 74% en peso es de por lo menos 50 kJ/m^{2}, preferentemente de por lo menos 60 kJ/m^{2}, de forma particularmente preferida de por lo menos 70 kJ/m^{2}.
En otra forma de realización de la invención, los compuestos de moldeo según la invención con un contenido en cargas (contenido en fibras total) comprendido entre un 46 y un 54% en peso presentan un módulo de elasticidad de tracción de más de 18.000 MPa, preferentemente de más de 19.000 MPa, de forma particularmente preferida de más de 20.000 MPa, y, en particular, un alargamiento de rotura de por lo menos un 1,8%.
De forma particularmente preferida, el alargamiento de rotura de los compuestos de moldeo según la invención con un contenido en fibras total comprendido entre un 46 y un 54% en peso, es preferentemente de por lo menos un 2,0%, de forma particularmente preferida de por lo menos un 2,3%.
La resiliencia (Charpy New, 23ºC) de los compuestos de moldeo según la invención con un contenido en fibras total comprendido entre un 46 y un 54% en peso es en particular de por lo menos 65 kJ/m^{2}, preferentemente de por lo menos 80 kJ/m^{2}, de forma particularmente preferida de por lo menos 90 kJ/m^{2}.
Los valores del módulo de elasticidad de tracción dependen en gran medida del contenido en fibras total, de la relación de mezclado entre fibras de vidrio y de carbono y la relación de mezclado de las dos poliamidas PA66 y PA6T/6I.
En particular, los compuestos de alto grado de refuerzo normalmente son muy quebradizos e inútiles en la aplicación práctica. Sorprendentemente, se ha hallado que existen combinaciones de mezclas que confieren al compound, a pesar de su alto contenido en fibras, su rigidez muy alta y su alta HDT, una tenacidad, es decir, un alargamiento de rotura o resiliencia, extraordinariamente buena.
Resulta que, según la invención, en particular una mezcla de una PA66 alifática con una viscosidad relativa comprendida entre 2,3 y 2,7 (medida al 1% en H_{2}SO_{4}) y una CoPA 6T/6I parcialmente aromática en una relación de 70:30 presenta una combinación particularmente preferida de una rigidez extremadamente alta, una buena tenacidad y una alta HDT. En definitiva, según la invención, se proporciona un producto con características aún más similares a las de un metal que los materiales previos reforzados con fibras de vidrio.
Puede conseguirse una tenacidad aún más elevada y por ello una propiedad aún más similar a la de metales si se utilizan fibras de vidrio especialmente delgadas con un diámetro por debajo de 10 \mum.
En los compuestos de moldeo reforzados por fibras largas, las tenacidades obtenidas son más elevadas y por ello las propiedades aún más similares a las de metales si en lugar de las fibras de vidrio continuas convencionales con un diámetro comprendido entre 15 y 19 \mum se utilizan las con un diámetro comprendido entre 10 y 14 \mum, en particular las con un diámetro entre 10 y 12 \mum.
Los compuestos de moldeo de poliamida según la invención pueden prepararse por los procedimientos conocidos para la preparación de granulados de varillas reforzados por fibras largas, en particular por los procedimientos de pultrusión, en los que la cuerda de filamentos continuos (roving) se impregna completamente con la masa fundida polimérica y a continuación se enfría y se corta. El granulado de varillas reforzado por fibras largas obtenido de esta forma, que preferentemente presentará una longitud de granulado comprendida entre 4 y 25 mm, en particular entre 5 y 12 mm, puede someterse a un procesamiento posterior por medio de los procedimientos de procesamiento convencionales (tales como por ejemplo moldeo por inyección, compresión) dando piezas moldeadas, alcanzándose propiedades particularmente buenas de la pieza moldeada por medio de procedimientos de procesamiento cuidadosos. En este contexto, por cuidadoso se entiende especialmente que se eviten en mayor grado una rotura de fibras excesiva y la reducción resultante de la longitud de fibras. En el moldeo por inyección, esto significa que se utilizan preferentemente husillos de gran diámetro y de baja relación de compresión, en particular de menos de 2, y canales de la tobera y del bebedero dimensionados de forma generosa. Adicionalmente, hay que asegurar, por medio de altas temperaturas de cilindro (calentamiento por contacto), que los granulados de varillas funden rápidamente y que las fibras no se desmenuzan demasiado como resultado de un esfuerzo cortante excesivo. Si se tienen dichas medidas en cuenta, según la invención, se obtendrán piezas moldeadas que en el promedio presentarán una longitud de fibra más larga que las piezas moldeadas comparables preparadas a partir de compuestos de moldeo reforzados por fibras cortas. De este modo, se consigue una mejora adicional de las propiedades, en particular del módulo de elasticidad de tracción, de la resistencia a la rotura y de la resiliencia.
La cuerda de polímero preparada a partir de los compuestos de moldeo según la invención puede transformarse en un granulado por medio de todos los procedimientos de granulación conocidos, tal como por ejemplo por granulación de la cuerda en la que la cuerda se enfría en un baño María y a continuación se corta. A partir de un contenido en fibras de más de un 60% en peso, para mejorar la calidad del granulado, es recomendable utilizar una granulación bajo agua o un corte en caliente bajo agua, en la que la masa fundida de polímero es empujada directamente por una tobera perforada y es granulada por un cuchillo girante en una corriente de agua.
Las piezas moldeadas preparadas a partir de los compuestos de moldeo según la invención se utilizan para la fabricación de piezas interiores y exteriores, preferentemente con función portante o mecánica en los sectores de eléctrica, muebles, deportes, construcción de máquinas, sanitario y higiene, medicina, tecnología energética y accionamiento, automóvil y otros medios de transporte o material de carcasa para equipos y aparatos para la telecomunicación, electrónica de entretenimiento, aparatos domésticos, construcción de máquinas, sector de calefacción, o piezas de fijación para instalaciones o para recipientes y piezas de ventilación de todo tipo.
Las posibles aplicaciones que pueden citarse para las piezas moldeadas preparadas a partir de los compuestos de moldeo según la invención se encuentran en particular en el sector de substitución de piezas fundidas con presión metálicas, en el que se espera una rigidez extremadamente alta en combinación con una buena tenacidad.
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Procedimientos de transformación
Además de los procedimientos de transformación convencionales, tales como la extrusión o el moldeo por inyección, también son aptos los siguientes procedimientos de transformación
- Co/bi-inyección o moldeo por inyección para el montaje para piezas híbridas, en las que el compuesto de moldeo de poliamida según la invención se combina con otros materiales compatibles o no compatibles, tales como por ejemplo termoplásticos, plásticos termoestables o elastómeros.
- Piezas insert, tales como por ejemplo puntos de apoyo o insertos roscados formados por el compuesto de moldeo de poliamida según la invención, recubiertos con extrusiones de otros materiales compatibles o no compatibles, tales como por ejemplo termoplásticos, plásticos termoestables o elastómeros.
- Piezas outsert, tales como bastidores, carcasas o apoyos formados por el compuesto de moldeo de poliamida según la invención, en los que se incorporan elementos funcionales formados por otros materiales compatibles o no compatibles, tales como por ejemplo termoplásticos, plásticos termoestables o elastómeros.
- Piezas híbridas (elementos constituidos por el compuesto de moldeo de poliamida según la invención combinados con otros materiales compatibles o no compatibles, tales como por ejemplo termoplásticos, plásticos termoestables o elastómeros), preparados por moldeo de inyección combinado, soldadura por inyección, moldeo por inyección para el montaje, soldadura por ultrasonido, frotamiento o láser, encolado, rebordeado o remachado.
- Piezas semiacabadas y perfiles (por ejemplo preparadas por extrusión, pultrusión, estratificación o laminación).
- Recubrimientos en superficie, laminaciones, metalizado químico o físico, flocado, en los que el compuesto de moldeo de poliamida según la invención puede ser el substrato mismo o la base del substrato o una zona del substrato definida en las piezas de bi-inyección o de inyección híbrida, que puede llevarse también a la superficie por un tratamiento químico (por ejemplo mordedura) o físico posterior (por ejemplo con arranque de virutas o corte por láser).
- Impresión, impresión por transferencia, impresión 3-D, marcaje por láser.
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Aplicaciones Sector de aparatos eléctricos
- Elementos de tope y/o de ajuste para herramientas eléctricas manuales con o sin funciones eléctricas integradas (moulded interconnected devices, MID).
- Bielas y/o émbolos para martillos para taladrar en diseño homogéneo, es decir, constituidos por un solo material, o como pieza híbrida, es decir, constituidos por una combinación de materiales.
- Carcasas, carcasas de engranajes para amoladoras angulares, máquinas de taladrado, cepillos eléctricos o amoladoras con o sin funciones eléctricas integradas (MID) en diseño homogéneo o como pieza híbrida, en los que áreas funcionales determinadas (por ejemplo superficies para la transferencia de fuerzas, superficies de deslizamiento, áreas visibles de decoración, área de grifos) pueden estar constituidos por otro material compatible o no compatible (por ejemplo para la deslaminación o deformación selectiva, punto de rotura controlada, límite del momento de fuerza o de torsión).
- Soportes para herramientas, por ejemplo mandriles y/o fijaciones.
- Carcasa para máquinas de coser, mesas deslizantes con o sin funciones eléctricas integradas (MID).
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Sector sanitario y de higiene
- Carcasas y/o elementos funcionales (por ejemplo para bombas, engranajes, válvulas) para duchas bocales, cepillos de diente, retretes confort, cabinas de ducha, centros de higiene con o sin funciones eléctricas integradas (MID) en diseño homogéneo o como pieza híbrida.
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Sector de electrodomésticos
- Carcasas y/o elementos funcionales para sistemas de cierre mecánicos, eléctricos o electro-mecánicos, sistemas de bloqueo o sensores con o sin funciones eléctricas integradas (MID) para
- Neveras, congeladores
- Hornos, cocinas, cocedor al vapor
- Lavavajillas.
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Sector del automóvil
- Carcasas y/o soportes con o sin funciones eléctricas integradas (MID) en diseño homogéneo o como pieza híbrida para
- Elementos de control/conmutadores (por ejemplo para cambiar la posición del espejo exterior, cambiar la posición del asiento, iluminación, indicador de la dirección de marcha)
- Sensores interiores, por ejemplo para la ocupación de asientos
- Sensores exteriores (por ejemplo como ayuda para aparcar, medidor de la distancia por ultrasonido o por radar)
- Sensores en el espacio del motor (sensores de vibración o de golpes)
- Iluminación interior y exterior
- Motores y/o elementos de accionamiento en el interior y el exterior (por ejemplo para funciones del confort de sentar, cambiar la posición del espejo trasero exterior, ajuste de las luces principales y/o seguimiento, luz de curva)
- Sistemas de control y de mando para el accionamiento de vehículo (por ejemplo para la conducción de medios y/o regulación de por ejemplo combustible, aire, refrigerante, lubricante)
- Elementos funcionales mecánicos y/o carcasas de sensores con o sin funciones eléctricas integradas (MID) para
- Sistemas de cierre, mecanismos de bloqueo, sistemas para el movimiento de cerrar, por ejemplo con puertas giratorias de vehículo, puertas correderas, compuertas o caperuzas del espacio del motor, puertas del maletero, ventanas de vehículo.
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Construcción de máquinas
- Piezas normalizadas ISO y/o elementos de máquina (por ejemplo tornillos, tuercas, pernos, chavetas, árboles, ruedas dentadas) en dimensiones normalizadas o diseños específicos para la aplicación o diseño homogéneo.
- Piezas normalizadas ISO y/o elementos de máquina, tales como por ejemplo tornillos, tuercas, pernos, árboles en dimensiones normalizadas o diseños específicos para la aplicación o como pieza híbrida, en los que áreas funcionales determinadas tales como por ejemplo superficies para la transferencia de fuerzas, superficies de deslizamiento, áreas visibles de decoración, pueden estar constituidas por otro material compatible o no compatible (por ejemplo para la deslaminación selectiva, punto de rotura controlada, límite del momento de fuerza o de torsión).
- Montantes, bases de soporte, plataformas para máquinas-herramienta, tales como por ejemplo máquinas taladradoras estacionarias, máquinas taladradoras de mesa, máquinas fresadoras o máquinas combinadas para el mecanizado de metal y/o madera.
- Piezas insert, por ejemplo manguitos con rosca interior.
- Tornillos autorroscantes.
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Sector de las tecnologías de energía y accionamientos
- Bastidores, carcasas, piezas portantes (substrato) y/o elementos de fijación para células solares con o sin funciones eléctricas integradas (MID) en diseño homogéneo o como pieza híbrida.
- Elementos de seguimiento y/o de ajuste (por ejemplo para cojinetes, bisagras, articulaciones, barras de tracción, varillas de tope) para colectores.
- Carcasas para bombas y/o carcasas de válvulas con o sin funciones eléctricas integradas (MID) en diseño homogéneo o como pieza híbrida.
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Sector de los equipos medicinales
- Bastidores, carcasas, piezas portantes con o sin funciones eléctricas integradas (MID) en diseño homogéneo o como pieza híbrida para equipos de vigilancia y/o equipos para el soporte de las funciones de vida.
- Instrumentos de un solo uso, tales como por ejemplo tijeras, pinzas, alicates, mangos de cuchillos en diseño homogéneo o como pieza híbrida.
- Construcciones para la fijación de fracturas a corto plazo o en casos de emergencia en diseño homogéneo o como pieza híbrida.
- Ayudas para caminar con o sin funciones eléctricas integradas (MID) y/o sensores para el control de esfuerzo en diseño homogéneo o como pieza híbrida.
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Sector sanitario
- Carcasas para bombas, carcasas de válvulas o carcasas para contadores de agua con o sin funciones eléctricas integradas (MID) en diseño homogéneo o como pieza híbrida.
Los siguientes ejemplos sirven para ilustrar la invención sin por ello limitarla.
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(Tabla pasa a página siguiente)
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Ejemplos
Los materiales utilizados en los ejemplos y ejemplos comparativos se han detallado en la Tabla 1.
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TABLA 1
1
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Los compuestos de moldeo de las composiciones de la Tabla 2 se preparan en una extrusora de dos husillos de la empresa Werner u. Pfleiderer tipo ZSK25. Los granulados PA 66 y PA 6T/6I se introducen de forma dosificada en la zona de entrada. Las fibras de vidrio se introducen de forma dosificada en la masa fundida de polímero igual que las fibras de carbono a través de un "sidefeeder" (3 unidades de carcasa delante de la hilera de extrusión).
La temperatura de la carcasa se ajustó como un perfil ascendiente hasta 310ºC. A una velocidad comprendida entre 150 y 200 r.p.m, se utilizó una carga de 10 kg. Tras enfriar las cuerdas en un baño Maria, granularlas y secar el granulado a 120ºC durante 24 h, se midieron las propiedades del granulado.
Las probetas se prepararon en una máquina de moldeo por inyección del tipo Arburg, en la que se ajustaron el cilindro a temperaturas comprendidas entre 310ºC y 320ºC y los husillos a una velocidad circunferencial de 15 m/min. Se seleccionó una temperatura de molde de 110ºC.
Las propiedades mecánicas del módulo de elasticidad de tracción, resistencia a la rotura y alargamiento de rotura se determinaron en probetas estandardizadas según ISO 527. La medición de la resiliencia (SZ) se realizó según Charpy a 23ºC según ISO 179/2-1eU.
La determinación de la HDT/A (1,8 MPa) y HDT/C (8 MPa) se llevó a cabo según ISO 75.
TABLA 2
2
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TABLA 3
3
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Los Ejemplos 1 a 10 según la invención presentan, frente a los Ejemplos Comparativos 11 a 16, con un contenido en cargas correspondiente, un perfil de propiedades más equilibrado, es decir, una combinación más equilibrada de un alto módulo de elasticidad de tracción y una alta HDT en combinación con un buen alargamiento de rotura.
A pesar de presentar valores HDT muy elevados, el compuesto de moldeo del Ejemplo Comparativo 13 con un contenido en cargas de un 50% presenta un módulo de elasticidad de tracción claramente más bajo y un alargamiento de rotura claramente más bajo que los compuestos de moldeo de los Ejemplos 1 a 4 según la invención.
El compuesto de moldeo del Ejemplo Comparativo 16 con un contenido en cargas de un 70% en peso se sitúa en todos los valores medidos por debajo de los compuestos de moldeo de los Ejemplos 6 a 10 según la invención.
Se obtienen propiedades mecánicas particularmente buenas al utilizar fibras de vidrio especialmente delgadas con un diámetro por debajo de 10 \mum. Esto permite aumentar en particular la tenacidad del material hasta en un 15%.
TABLA 4
4
Los ejemplos representados en la Tabla 4 se prepararon por el procedimiento de pultrusión.
Las condiciones de pultrusión se han representado en la siguiente tabla.
5
Las probetas preparadas a partir del granulado en varillas reforzado por fibras largas (longitud de granulado 11 mm) con un contenido en fibras correspondiente presentan mejoras adicionales con relación al módulo de elasticidad de tracción, la resistencia a la rotura, y la resiliencia en probeta entallada frente a las variantes comparativas. La resiliencia da valores idénticos o más altos.
La medición de la resiliencia en probeta entallada se realizó según Charpy a 23ºC según ISO 179/2-1eA.
Las fibras de vidrio utilizadas en el procedimiento de pultrusión como filamentos presentan un diámetro comprendido entre 10 y 20 \mum, preferentemente entre 12 y 18 \mum, cuya sección transversal puede ser redondo, ovalado o angular. En particular, según la invención, se utilizarán fibras de vidrio E. Sin embargo, también es posible utilizar cualquier otro tipo de fibras de vidrio, tales como por ejemplo fibras de vidrio A, C, D, M, S, R o cualquier mezcla de las mismas o mezclas con las fibras de vidrio E. Las fibras de carbono continuas utilizadas en el procedimiento de pultrusión presentan un diámetro comprendido entre 5 y 10 \mum, preferentemente entre 6 y 8 \mum.
Con el fin de acelerar la impregnación de las fibras, es posible precalentar las fibras a temperaturas de hasta 400ºC utilizando una unidad de precalentamiento adecuado por IR, contacto, radiación o gas caliente. Los dispositivos dotados de superficies de expansión dispuestos dentro de la cámara de impregnación aseguran una impregnación completa de las fibras con la masa fundida de polímero. Las cuerdas que salen de la unidad de impregnación pueden conformarse por medio de sistemas de rodillos controlados, con lo cual el granulado se obtiene con una sección transversal circular, elíptica o rectangular.
Para mejorar la unión a la matriz y el manejo de las fibras, las fibras pueden estar recubiertas de capas químicamente distintas, tales como son conocidas en el estado de la técnica para fibras de vidrio y de carbono.
Para los Ejemplos 17 a 20, se utilizó la fibra de vidrio PPG 4588 con un diámetro de 17 \mum de la empresa PPG Industries Fiber Glass.
Para el Ejemplo 21, se utilizó la fibra de vidrio Vetrotex Roving RO99 con un diámetro de 12 \mum de la empresa Saint Gobain Vetrotex.
La fibra de carbono utilizada en los Ejemplos 17 a 21 era Tenax HTA 5131 con un diámetro de 7 \mum de la empresa Toho Tenax Europe GmbH en forma de filamentos.

Claims (18)

1. Procedimiento para la preparación de compuestos de moldeo de poliamida reforzados de alta rigidez y simultáneamente tenacidad por el procedimiento de pultrusión, en el que dichos compuestos de moldeo de poliamida presentan valores de estabilidad dimensional en caliente HDT/A (1,8 MPa) (medidos según ISO 75) de más de 242ºC, en particular de por lo menos 245ºC, HDT/C (8 MPa) de más de 150ºC, en particular de más de 170ºC, así como una matriz de poliamida, en el que dichos compuestos de moldeo de poliamida contienen una mezcla de los siguientes componentes:
(A)
poliamida 66,
(B)
copoliamida, constituida por
(b_{1})
de 50 a 80 partes en peso de unidades, en particular de 50 a 70 partes en peso de unidades derivadas de ácido tereftálico (T) en combinación con hexametilendiamina (6) en una relación casi equimolar,
(b_{2})
de 50 a 20 partes en peso de unidades, en particular de 50 a 30 partes en peso de unidades derivadas de ácido isoftálico (I) en combinación con hexametilendiamina en una relación casi equimolar,
\quad
sumando las partes en peso de los componentes (b_{1}) y (b_{2}) 100 partes en peso,
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y un componente de carga, que contiene una mezcla constituida por:
(C)
fibras de vidrio y
(D)
fibras de carbono,
\vskip1.000000\baselineskip
siendo la suma de los porcentajes en peso de los componentes (A) a (D) igual a un 100% y cumpliendo los componentes (A), (B), (C) y (D) las siguientes condiciones:
(A) + (B):
de un 20 a un 60% en peso,
relación en peso (A)/(B):
de 50/50 a 95/5,
(C) + (D):
de un 40 a un 80% en peso,
relación en peso (C)/(D):
de 80/20 a 95/5,
en el que dichos compuestos de moldeo de poliamida contienen, si se desea, además de los componentes (A) a (D), unos aditivos (E), cuya cantidad se añade a la suma de los componentes (A) a (D),
\vskip1.000000\baselineskip
comprendiendo el procedimiento de pultrusión las etapas siguientes:
fundir la parte polimérica e impregnar una cuerda de fibras continuas completamente con la masa fundida polimérica, enfriando y cortando a continuación el producto obtenido, de tal manera que se obtiene el granulado en forma de varillas reforzado por fibras largas.
2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque los compuestos de moldeo de poliamida contienen, como matriz de poliamida, una mezcla de los siguientes componentes:
(A)
poliamida 66,
(B)
copoliamida, constituida por
(b_{1})
de 50 a 80 partes en peso de unidades, en particular de 50 a 70 partes en peso de unidades derivadas de ácido tereftálico (T) en combinación con hexametilendiamina (6) en una relación casi equimolar,
(b_{2})
de 50 a 20 partes en peso de unidades, en particular de 50 a 30 partes en peso de unidades derivadas de ácido isoftálico (I) en combinación con hexametilendiamina en una relación casi equimolar,
\quad
sumando las partes en peso de los componentes (b_{1}) y (b_{2}) 100 partes en peso,
\newpage
y como componente de carga una mezcla constituida por:
(C)
fibras de vidrio y
(D)
fibras de carbono,
\vskip1.000000\baselineskip
siendo la suma de los porcentajes en peso de los componentes (A) a (D) igual a un 100% y cumpliendo los componentes (A), (B), (C) y (D) las siguientes condiciones:
(A) + (B):
de un 20 a un 39% en peso,
relación en peso (A)/(B):
de 50/50 a 95/5,
(C) + (D):
de un 61 a un 80% en peso, preferentemente de un 61 a un 75%, de forma particularmente preferida de un 64 a un 75% en peso, de forma especialmente preferida de un 66 a un 75% en peso,
relación en peso (C)/(D):
de 80/20 a 95/5,
\quad
en el que dichos compuestos de moldeo de poliamida contienen, si se desea, además de los componentes (A) a (D), unos aditivos (E), cuya cantidad se añade a la suma de los componentes (A) a (D).
3. Procedimiento según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque los compuestos de moldeo de poliamida presentan unas resistencias a la rotura de más de 230 MPa (medidas en probetas estándares según ISO 527) y, dado el caso, alargamientos de rotura de más de un 1,4% (medidas en probetas estándares según ISO 527).
4. Procedimiento según una o varias de las reivindicaciones 1 ó 2, caracterizado porque los compuestos de moldeo de poliamida presentan unas resistencias a la rotura de más de 230 MPa (medidas en probetas estándares según ISO 527) y, dado el caso, unas resiliencias de por lo menos 25 kJ/m^{2} (medidas según Charpy a 23ºC según ISO 179/2-1eA).
5. Procedimiento según una o varias de las reivindicaciones 1 ó 2, caracterizado porque los compuestos de moldeo de poliamida presentan unas resistencias a la rotura de por lo menos 250 MPa (medidas en probetas estándares según ISO 527) y, dado el caso, unas resiliencias de por lo menos 25 kJ/m^{2} (medidas según Charpy a 23ºC según ISO 179/2-1eA).
6. Procedimiento según una o varias de las reivindicaciones 1, 2, 4 ó 5, caracterizado porque los compuestos de moldeo de poliamida presentan un contenido en fibras total comprendido entre un 66 y un 74% en peso, un módulo de elasticidad de tracción de más de 25.500 MPa, preferentemente de más de 27.000 MPa, de forma particularmente preferida de más de 28.000 MPa, y, dado el caso, una resiliencia de por lo menos 30 kJ/m^{2}.
7. Procedimiento según una o varias de las reivindicaciones 1, 2, 4 a 6, caracterizado porque los compuestos de moldeo de poliamida presentan un contenido en fibras total comprendido entre un 66 y un 74% en peso y una resiliencia de por lo menos 40 kJ/m^{2}, preferentemente de por lo menos 45 kJ/m^{2}.
8. Procedimiento según una o varias de las reivindicaciones 1, 2, 4 ó 5, caracterizado porque los compuestos de moldeo de poliamida presentan un contenido en fibras total comprendido entre un 46 y un 54% en peso, un módulo de elasticidad de tracción de más de 18.000 MPa, preferentemente de más de 19.000 MPa, de forma particularmente preferida de más de 20.000 MPa, y, dado el caso, una resiliencia de por lo menos 25 kJ/m^{2}.
9. Procedimiento según una o varias de las reivindicaciones 1, 2, 4 ó 5, caracterizado porque los compuestos de moldeo de poliamida presentan un contenido en fibras total comprendido entre un 46 y un 54% en peso y una resiliencia de por lo menos 30 kJ/m^{2}, preferentemente de por lo menos 35 kJ/m^{2}.
10. Procedimiento según una o varias de las reivindicaciones 1, 2, 4 ó 5, caracterizado porque los compuestos de moldeo de poliamida presentan un contenido en fibras total comprendido entre un 55 y un 65% en peso, un módulo de elasticidad de tracción de más de 20.000 MPa, preferentemente de más de 25.000 MPa, de forma particularmente preferida de más de 30.000 MPa, y, dado el caso, una resiliencia de por lo menos 35 kJ/m^{2}, preferentemente de por lo menos 40 kJ/m^{2}.
11. Procedimiento según una o varias de las reivindicaciones 1 a 10, en el que la poliamida 6T/6I (componente (B)) presenta una viscosidad relativa (VR), medida en una solución de m-cresol al 0,5%, comprendida entre 1,4 y 1,8, preferentemente entre 1,48 y 1,7.
12. Procedimiento según una o varias de las reivindicaciones 1 a 11, en el que las fibras de vidrio utilizadas en forma de filamentos (componente (C)) presentan un diámetro comprendido entre 10 y 20 \mum, preferentemente entre 12 y
18 \mum, siendo la sección transversal en particular redonda, ovalada o rectangular, prefiriéndose las fibras de vidrio E.
13. Procedimiento según una o varias de las reivindicaciones 1 a 12, caracterizado porque los compuestos de moldeo contienen, como aditivo (E), los que proceden del grupo constituido por estabilizantes inorgánicos, estabilizantes orgánicos, lubricantes, colorantes, pigmentos metálicos, laminillas de metal, partículas recubiertas de metal, medios retardadores de la llama que contienen halógeno, medios retardadores de la llama libres de halógeno, modificadores para aumentar la resistencia al choque, antiestáticos, aditivos de conductividad, desmoldeantes, blanqueadores ópticos, silicatos estratificados naturales, silicatos estratificados sintéticos o mezclas de dichos aditivos.
14. Procedimiento según una o varias de las reivindicaciones 1 a 13, caracterizado porque los compuestos de moldeo contienen, como aditivo (E), negro de humo y/o nanotubos de carbono en cantidades de hasta un 10% en peso.
15. Granulado en forma de varillas reforzado por fibras largas, que se puede obtener por el procedimiento de pultrusión según una o varias de las reivindicaciones 1 a 14, que presenta preferentemente una longitud de granulado comprendida entre 4 y 25 mm, de forma particularmente preferida entre 5 y 12 mm.
16. Utilización del granulado en forma de varillas reforzado por fibras largas según la reivindicación 15, con unas resiliencias de por lo menos 25 kJ/m^{2} (medidas según Charpy a 23ºC según ISO 179/2-1eA), unos alargamientos de rotura de más de un 1,4% (medidas en probetas estándares según ISO 527), unos valores de estabilidad dimensional en caliente HDT/A (1,8 MPa) (medidos según ISO 75) de más de 242ºC, preferentemente de por lo menos 245ºC, HDT/C (8 MPa) (medidos según ISO 75) de más de 165ºC, preferentemente de más de 190ºC, para la preparación de piezas moldeadas y/o cuerpos huecos.
17. Procedimiento para la preparación de piezas moldeadas y/o cuerpos huecos a partir de un granulado en forma de varillas reforzado por fibras largas según la reivindicación 15 por extrusión, moldeo por inyección o compresión.
18. Pieza moldeada, que se puede obtener a partir del granulado en forma de varillas reforzado por fibras largas según la reivindicación 15.
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