JP3417600B2 - ポリアミド樹脂組成物 - Google Patents
ポリアミド樹脂組成物Info
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Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、摺動部品用ポリアミド
樹脂組成物に関し、さらに詳しくは、すべり摩擦係数が
低く、ざらつき摩耗量が少なく、繰り返し疲労による性
能低下の少ない摺動部品を提供し得るような、強化ポリ
アミド樹脂組成物に関する。 【０００２】 【従来の技術】ポリアミドは機械特性、耐摩耗性に優れ
ているため、ギア、カム軸受などの摺動部品に広く用い
られている。この種の用途に使用されるプラスチック材
料については、 すべり摩擦係数が低いこと ざらつき摩耗量の少ないこと 繰り返し疲労等の連続荷重に耐える疲労限界が高いと
いう機械特性に優れたものであること 軟化温度が高いこと 成形が容易であること を満たすことが必要とされる。 【０００３】しかしながら、従来用いられているポリア
ミド樹脂等は上記のような特性を充分に備えておらず、
特にざらつき摩耗量を低く抑えることができない上、繰
り返し疲労等の連続荷重に耐える疲労限界が充分でない
という問題があった。 【０００４】このため、ポリアミド樹脂については、そ
の摩擦係数を下げる目的で、テフロン樹脂、シリコンオ
イル、鉱物油、高密度ポリエチレン等を混入したものが
市販されているが、これらの添加剤はポリアミド樹脂と
は相溶しないか、界面接着しないため、依然としてざら
つき摩耗量が多く、繰り返し疲労等の連続荷重に耐える
疲労限界も不充分である。 【０００５】一方、他のポリアミド樹脂組成物としてエ
チレン／プロピレン／１，４−ヘキサジエンおよびエチ
レン／無水マレイン酸の混合物をポリアミド樹脂に添加
したもの（特開昭５１−１４３０６１号）が提案されて
おり、耐衝撃性の向上によって繰り返し疲労等の連続荷
重に耐える疲労限度は多少向上するが、ざらつき摩耗量
は低減されていない。 【０００６】 【発明が解決しようとする課題】本発明は上記従来技術
の問題を解決し、すべり摩擦係数、ざらつき摩耗量が低
く、かつ繰り返し疲労等の連続荷重に対する疲労限界が
充分に高い成形品を与え得るポリアミド樹脂組成物を提
供することを目的とする。 【０００７】 【課題を解決するための手段】前記課題を解決すること
のできた本発明は、ポリアミド樹脂組成物が、（Ａ）ポ
リアミド樹脂８５〜９５重量部および（Ｂ）ワラストナ
イト５〜１５重量部の合計１００重量部に対して、
（Ｃ）不飽和カルボン酸および／または不飽和ジカルボ
ン酸無水物で変性された変性スチレン系共重合体が１〜
３０重量部と、（Ｄ）不飽和カルボン酸および／または
不飽和ジカルボン酸無水物で変性された重量平均分子量
５〜４０万の変性高密度ポリエチレンが０．５〜１０重
量部含有されたものであるところに要旨を有する。 【０００８】 【作用】本発明では、ポリアミド樹脂として公知のナイ
ロン６，６６，６１０，１１，１２等のポリアミドの１
種類以上を非限定的に用いることができ、その適正使用
量は８５〜９５重量部である。また、本発明において用
いられる（Ｂ）ワラストナイトは、無機充填剤であり、
一般市販のものを使用することができる。ワラストナイ
トの好ましい使用量は５〜１５重量部であり、上記ポリ
アミドとの合計を１００重量部とする。ワラストナイト
が５重量部未満のときは、機械的性質および熱的性質が
不充分となり、一方１５重量部を超えると、表面の良好
な成形品が得難く、耐摩耗性が損なわれる。より好まし
い使用量は、５〜１０重量部である。 【０００９】本発明のポリアミド樹脂組成物には、上記
ポリアミドとワラストナイトの他に不飽和カルボン酸お
よび／または不飽和ジカルボン酸無水物で変性された変
性スチレン系共重合体（Ｃ）と変性高密度ポリエチレン
（Ｄ）が必須の構成成分として含まれる。これらの成分
は、摩擦特性および疲労限界の向上に寄与する。 【００１０】スチレン系共重合体とは、公知のＳ（スチ
レン）−Ｂ（ブタジエン）−Ｓ型の対称ブロック型構造
をしたスチレンブロックコポリマーである。ＳおよびＢ
はそれぞれ重合体ブロックを示し、中心ブロックＢは、
ポリイソプレンでもかまわないが、ポリブタジエンが好
ましい。また、水素添加によって、ポリブタジエン中の
二重結合の一部を飽和アルキル基（エチレン鎖）にした
もの（ＳＥＢＳ）が推奨される。両末端ブロックＳは、
芳香族炭化水素の重合体ブロックを示し、好適にはポリ
スチレンからなるブロックである。末端ブロックＳの分
子量は４０００〜１１５０００、より好ましくは５００
０〜１５０００、中心ブロックＢの分子量は２００００
〜４５００００、より好ましくは２５０００〜１０００
００であることが望ましい。 【００１１】このような水素添加スチレン系ブロック共
重合体は、容易に市場で入手でき、例えばシエル化学よ
り「クレイトンＧ１６５０」、「クレイトンＧ１６５
１」、「クレイトンＧ１６５７」等の商品名およびグレ
ード名で市販されている。 【００１２】本発明における変性前の高密度ポリエチレ
ンとは、分子量が５〜４０万、密度０．９４ｋｇ／ｃｍ
2 以上の高密度ポリエチレンを意味する。分子量が５万
未満では、得られる成形品の耐摩耗性が不充分となり、
分子量が４０万を超えると成形が困難になるため好まし
くない。本発明において用いられる高密度ポリエチレン
は、その性質を損なわない範囲内で他のモノマー、例え
ばプロピレン、ブテン−１、ペンテン、４−メチルペン
テン−１、ヘキセン、オクテン、デセン等のα−オレフ
ィン類、ブタジエン、イソプレン等のジエン類、シクロ
ペンテン、シクロヘキセン、シクロペンタジエン等のシ
クロオレフィン類、メチルアクリレート、エチルアクリ
レート、ブチルアクリレート等のアクリレート類が共重
合されていてもよい。 【００１３】これらのスチレン系共重合体および高密度
ポリエチレンを変性させるための不飽和カルボン酸また
は不飽和ジカルボン酸無水物としては、例えばアクリル
酸、メタクリル酸、クロトン酸、オレイン酸等の不飽和
カルボン酸や、無水マレイン酸、無水イタコン酸、無水
シトラコン酸等の不飽和ジカルボン酸が挙げられ、これ
らのうち１種以上を用いることができる。特に無水マレ
イン酸が好ましい。 【００１４】前記スチレン系共重合体または高密度ポリ
エチレンと不飽和カルボン酸無水物または不飽和カルボ
ン酸との変性反応は、ラジカル発生用の過酸化物の存在
下に、スチレン系共重合体または高密度ポリエチレンと
上記不飽和ジカルボン酸無水物または不飽和カルボン酸
とを混合し、押出機、ミキサー等で１００〜２５０℃で
１〜１０分混練することによって行なうことができる。
不飽和カルボン酸無水物または不飽和カルボン酸の量
は、スチレン系共重合体または高密度ポリエチレンに対
して、０．１〜５重量部が好ましい。 【００１５】変性スチレン系共重合体（Ｃ）は、（Ａ）
ポリアミド樹脂と（Ｂ）ワラストナイトの合計１００重
量部に対して、３〜１０重量部配合される。３重量部未
満の場合、繰り返し疲労性の改善が見られず、１０重量
部より多いと、ざらつき摩耗量が多くなる。また、変性
高密度ポリエチレン（Ｄ）の配合量は上記（Ａ）＋
（Ｂ）＝１００重量部に対して０．５〜５重量部とす
る。０．５重量部未満の場合は、成形品の耐摩耗性が不
充分であり、含有量が５重量部を超えると成形品の剛性
等の力学的性質が低下すると共に耐熱性も低下するため
好ましくない。 【００１６】本発明の樹脂組成物においては、成形品と
した場合の摺動特性、すなわち摩擦・摩耗特性のより一
層の改良のために、上記４成分の他に炭素繊維、フッ素
樹脂粉末、二硫化モリブデン、ガラスビーズ等の添加剤
を添加することができる。また、成形品の力学的性質、
電気的性質等の改良のために、炭素カルシウム、硫酸バ
リウム等の充填材、チタン酸カリウム等のウイスカー、
カーボンブラック、金属粉末等の導電性改良充填材を樹
脂成形品の摺動特性を損なわない範囲内において添加す
ることができる。さらに、酸素、熱、紫外線等に対する
劣化防止剤や、安定剤、滑剤、可塑剤、難燃剤、帯電防
止剤、着色剤、離型剤等を樹脂成形品の摺動特性を損な
わない範囲内において添加してもよい。 【００１７】本発明における樹脂組成物は、各成分を単
軸押出機、二軸押出機、ニーダー、二軸ロール等の装置
を用いて混練することにより製造される。用いられる混
練機の種類や混練条件についての制限は特にない。 【００１８】 【実施例】以下本発明を実施例を用いて具体的に説明す
るが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではな
い。なお、以下の各例において得られたポリアミド樹脂
成形品の各物性は下記の試験方法に基づいて測定した。 【００１９】耐すべり摩擦性：鈴木式スラスト摩耗試験
機を使用し、相手材としてＳ−４５Ｃ鋼（摩擦面積１．
６ｃｍ2 ）を用い、摩擦速度１０ｃｍ／ｓ，荷重４０ｋ
ｇ／ｃｍ2 の条件で１時間連続運転した時の摩擦係数μ
を求めた。 耐ザラツキ摩耗性：テーバーマモウ試験機を使用し、摩
耗輪としてはＨ−１８を用い、１０００回転後の樹脂成
形品の摩耗量ｍｇを求めた。 【００２０】繰り返し疲労性：図１に示す屈曲疲労試験
機を作成し、試料である樹脂成形品（１０ｍｍ幅で１ｍ
ｍ厚）の外観に異常（シワ、白化、クラック等）が発生
するまでのサイクル数を測定した。チャック間ストロー
クは６８ｍｍである（最大７０ｍｍ，最小２ｍｍ）。 【００２１】実施例１〜３，比較例１〜６ ポリアミド樹脂としてナイロン６（Ｒ，Ｖ＝２．５）
を、変性前スチレン系共重合体としてはＳＥＢＳ（クレ
イトンＧ１６５７，シエル化学製）を、また、変性前高
密度ポリエチレンとしては重量平均分子量が４．５万、
１４万および１００万のポリエチレン（ハイゼックス、
三井石油化学）を使用した。スチレン系共重合体および
高密度ポリエチレンの変性は、過酸化物として２，５−
ジメチル−２，５−ジ（ｔ−ブチルパーオキシ）ヘキサ
ン（パーヘキシン２５Ｂ，日本油脂製）０．３重量％と
無水マレイン酸１重量％を加え、２４０℃×３分間溶融
混合して行ない、マレイン酸が０．５重量％グラフトし
た変性体を得た。 【００２２】表１、２に示したそれぞれの成分の所定量
を、３０ｍｍ２軸押出機を用いてブレンドしてペレット
を製造した。シリンダー温度は２６５℃とした。得られ
たペレットは７０℃で１６時間真空乾燥した。このペレ
ットを、シリンダー温度２６５℃，金型温度８０℃に調
整された射出成形機によりテストピースを成形し、評価
結果を表１、２に併記した。 【００２３】 【表１】【００２４】 【表２】【００２５】 【発明の効果】本発明のポリアミド樹脂組成物は、すべ
り摩擦係数が低く、ざらつき摩耗量が少なく、繰り返し
疲労による性能低下が少ないので、ギア、カム、軸受な
どの動的用途を目的とする成形用材料として非常に有用
である。
樹脂組成物に関し、さらに詳しくは、すべり摩擦係数が
低く、ざらつき摩耗量が少なく、繰り返し疲労による性
能低下の少ない摺動部品を提供し得るような、強化ポリ
アミド樹脂組成物に関する。 【０００２】 【従来の技術】ポリアミドは機械特性、耐摩耗性に優れ
ているため、ギア、カム軸受などの摺動部品に広く用い
られている。この種の用途に使用されるプラスチック材
料については、 すべり摩擦係数が低いこと ざらつき摩耗量の少ないこと 繰り返し疲労等の連続荷重に耐える疲労限界が高いと
いう機械特性に優れたものであること 軟化温度が高いこと 成形が容易であること を満たすことが必要とされる。 【０００３】しかしながら、従来用いられているポリア
ミド樹脂等は上記のような特性を充分に備えておらず、
特にざらつき摩耗量を低く抑えることができない上、繰
り返し疲労等の連続荷重に耐える疲労限界が充分でない
という問題があった。 【０００４】このため、ポリアミド樹脂については、そ
の摩擦係数を下げる目的で、テフロン樹脂、シリコンオ
イル、鉱物油、高密度ポリエチレン等を混入したものが
市販されているが、これらの添加剤はポリアミド樹脂と
は相溶しないか、界面接着しないため、依然としてざら
つき摩耗量が多く、繰り返し疲労等の連続荷重に耐える
疲労限界も不充分である。 【０００５】一方、他のポリアミド樹脂組成物としてエ
チレン／プロピレン／１，４−ヘキサジエンおよびエチ
レン／無水マレイン酸の混合物をポリアミド樹脂に添加
したもの（特開昭５１−１４３０６１号）が提案されて
おり、耐衝撃性の向上によって繰り返し疲労等の連続荷
重に耐える疲労限度は多少向上するが、ざらつき摩耗量
は低減されていない。 【０００６】 【発明が解決しようとする課題】本発明は上記従来技術
の問題を解決し、すべり摩擦係数、ざらつき摩耗量が低
く、かつ繰り返し疲労等の連続荷重に対する疲労限界が
充分に高い成形品を与え得るポリアミド樹脂組成物を提
供することを目的とする。 【０００７】 【課題を解決するための手段】前記課題を解決すること
のできた本発明は、ポリアミド樹脂組成物が、（Ａ）ポ
リアミド樹脂８５〜９５重量部および（Ｂ）ワラストナ
イト５〜１５重量部の合計１００重量部に対して、
（Ｃ）不飽和カルボン酸および／または不飽和ジカルボ
ン酸無水物で変性された変性スチレン系共重合体が１〜
３０重量部と、（Ｄ）不飽和カルボン酸および／または
不飽和ジカルボン酸無水物で変性された重量平均分子量
５〜４０万の変性高密度ポリエチレンが０．５〜１０重
量部含有されたものであるところに要旨を有する。 【０００８】 【作用】本発明では、ポリアミド樹脂として公知のナイ
ロン６，６６，６１０，１１，１２等のポリアミドの１
種類以上を非限定的に用いることができ、その適正使用
量は８５〜９５重量部である。また、本発明において用
いられる（Ｂ）ワラストナイトは、無機充填剤であり、
一般市販のものを使用することができる。ワラストナイ
トの好ましい使用量は５〜１５重量部であり、上記ポリ
アミドとの合計を１００重量部とする。ワラストナイト
が５重量部未満のときは、機械的性質および熱的性質が
不充分となり、一方１５重量部を超えると、表面の良好
な成形品が得難く、耐摩耗性が損なわれる。より好まし
い使用量は、５〜１０重量部である。 【０００９】本発明のポリアミド樹脂組成物には、上記
ポリアミドとワラストナイトの他に不飽和カルボン酸お
よび／または不飽和ジカルボン酸無水物で変性された変
性スチレン系共重合体（Ｃ）と変性高密度ポリエチレン
（Ｄ）が必須の構成成分として含まれる。これらの成分
は、摩擦特性および疲労限界の向上に寄与する。 【００１０】スチレン系共重合体とは、公知のＳ（スチ
レン）−Ｂ（ブタジエン）−Ｓ型の対称ブロック型構造
をしたスチレンブロックコポリマーである。ＳおよびＢ
はそれぞれ重合体ブロックを示し、中心ブロックＢは、
ポリイソプレンでもかまわないが、ポリブタジエンが好
ましい。また、水素添加によって、ポリブタジエン中の
二重結合の一部を飽和アルキル基（エチレン鎖）にした
もの（ＳＥＢＳ）が推奨される。両末端ブロックＳは、
芳香族炭化水素の重合体ブロックを示し、好適にはポリ
スチレンからなるブロックである。末端ブロックＳの分
子量は４０００〜１１５０００、より好ましくは５００
０〜１５０００、中心ブロックＢの分子量は２００００
〜４５００００、より好ましくは２５０００〜１０００
００であることが望ましい。 【００１１】このような水素添加スチレン系ブロック共
重合体は、容易に市場で入手でき、例えばシエル化学よ
り「クレイトンＧ１６５０」、「クレイトンＧ１６５
１」、「クレイトンＧ１６５７」等の商品名およびグレ
ード名で市販されている。 【００１２】本発明における変性前の高密度ポリエチレ
ンとは、分子量が５〜４０万、密度０．９４ｋｇ／ｃｍ
2 以上の高密度ポリエチレンを意味する。分子量が５万
未満では、得られる成形品の耐摩耗性が不充分となり、
分子量が４０万を超えると成形が困難になるため好まし
くない。本発明において用いられる高密度ポリエチレン
は、その性質を損なわない範囲内で他のモノマー、例え
ばプロピレン、ブテン−１、ペンテン、４−メチルペン
テン−１、ヘキセン、オクテン、デセン等のα−オレフ
ィン類、ブタジエン、イソプレン等のジエン類、シクロ
ペンテン、シクロヘキセン、シクロペンタジエン等のシ
クロオレフィン類、メチルアクリレート、エチルアクリ
レート、ブチルアクリレート等のアクリレート類が共重
合されていてもよい。 【００１３】これらのスチレン系共重合体および高密度
ポリエチレンを変性させるための不飽和カルボン酸また
は不飽和ジカルボン酸無水物としては、例えばアクリル
酸、メタクリル酸、クロトン酸、オレイン酸等の不飽和
カルボン酸や、無水マレイン酸、無水イタコン酸、無水
シトラコン酸等の不飽和ジカルボン酸が挙げられ、これ
らのうち１種以上を用いることができる。特に無水マレ
イン酸が好ましい。 【００１４】前記スチレン系共重合体または高密度ポリ
エチレンと不飽和カルボン酸無水物または不飽和カルボ
ン酸との変性反応は、ラジカル発生用の過酸化物の存在
下に、スチレン系共重合体または高密度ポリエチレンと
上記不飽和ジカルボン酸無水物または不飽和カルボン酸
とを混合し、押出機、ミキサー等で１００〜２５０℃で
１〜１０分混練することによって行なうことができる。
不飽和カルボン酸無水物または不飽和カルボン酸の量
は、スチレン系共重合体または高密度ポリエチレンに対
して、０．１〜５重量部が好ましい。 【００１５】変性スチレン系共重合体（Ｃ）は、（Ａ）
ポリアミド樹脂と（Ｂ）ワラストナイトの合計１００重
量部に対して、３〜１０重量部配合される。３重量部未
満の場合、繰り返し疲労性の改善が見られず、１０重量
部より多いと、ざらつき摩耗量が多くなる。また、変性
高密度ポリエチレン（Ｄ）の配合量は上記（Ａ）＋
（Ｂ）＝１００重量部に対して０．５〜５重量部とす
る。０．５重量部未満の場合は、成形品の耐摩耗性が不
充分であり、含有量が５重量部を超えると成形品の剛性
等の力学的性質が低下すると共に耐熱性も低下するため
好ましくない。 【００１６】本発明の樹脂組成物においては、成形品と
した場合の摺動特性、すなわち摩擦・摩耗特性のより一
層の改良のために、上記４成分の他に炭素繊維、フッ素
樹脂粉末、二硫化モリブデン、ガラスビーズ等の添加剤
を添加することができる。また、成形品の力学的性質、
電気的性質等の改良のために、炭素カルシウム、硫酸バ
リウム等の充填材、チタン酸カリウム等のウイスカー、
カーボンブラック、金属粉末等の導電性改良充填材を樹
脂成形品の摺動特性を損なわない範囲内において添加す
ることができる。さらに、酸素、熱、紫外線等に対する
劣化防止剤や、安定剤、滑剤、可塑剤、難燃剤、帯電防
止剤、着色剤、離型剤等を樹脂成形品の摺動特性を損な
わない範囲内において添加してもよい。 【００１７】本発明における樹脂組成物は、各成分を単
軸押出機、二軸押出機、ニーダー、二軸ロール等の装置
を用いて混練することにより製造される。用いられる混
練機の種類や混練条件についての制限は特にない。 【００１８】 【実施例】以下本発明を実施例を用いて具体的に説明す
るが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではな
い。なお、以下の各例において得られたポリアミド樹脂
成形品の各物性は下記の試験方法に基づいて測定した。 【００１９】耐すべり摩擦性：鈴木式スラスト摩耗試験
機を使用し、相手材としてＳ−４５Ｃ鋼（摩擦面積１．
６ｃｍ2 ）を用い、摩擦速度１０ｃｍ／ｓ，荷重４０ｋ
ｇ／ｃｍ2 の条件で１時間連続運転した時の摩擦係数μ
を求めた。 耐ザラツキ摩耗性：テーバーマモウ試験機を使用し、摩
耗輪としてはＨ−１８を用い、１０００回転後の樹脂成
形品の摩耗量ｍｇを求めた。 【００２０】繰り返し疲労性：図１に示す屈曲疲労試験
機を作成し、試料である樹脂成形品（１０ｍｍ幅で１ｍ
ｍ厚）の外観に異常（シワ、白化、クラック等）が発生
するまでのサイクル数を測定した。チャック間ストロー
クは６８ｍｍである（最大７０ｍｍ，最小２ｍｍ）。 【００２１】実施例１〜３，比較例１〜６ ポリアミド樹脂としてナイロン６（Ｒ，Ｖ＝２．５）
を、変性前スチレン系共重合体としてはＳＥＢＳ（クレ
イトンＧ１６５７，シエル化学製）を、また、変性前高
密度ポリエチレンとしては重量平均分子量が４．５万、
１４万および１００万のポリエチレン（ハイゼックス、
三井石油化学）を使用した。スチレン系共重合体および
高密度ポリエチレンの変性は、過酸化物として２，５−
ジメチル−２，５−ジ（ｔ−ブチルパーオキシ）ヘキサ
ン（パーヘキシン２５Ｂ，日本油脂製）０．３重量％と
無水マレイン酸１重量％を加え、２４０℃×３分間溶融
混合して行ない、マレイン酸が０．５重量％グラフトし
た変性体を得た。 【００２２】表１、２に示したそれぞれの成分の所定量
を、３０ｍｍ２軸押出機を用いてブレンドしてペレット
を製造した。シリンダー温度は２６５℃とした。得られ
たペレットは７０℃で１６時間真空乾燥した。このペレ
ットを、シリンダー温度２６５℃，金型温度８０℃に調
整された射出成形機によりテストピースを成形し、評価
結果を表１、２に併記した。 【００２３】 【表１】【００２４】 【表２】【００２５】 【発明の効果】本発明のポリアミド樹脂組成物は、すべ
り摩擦係数が低く、ざらつき摩耗量が少なく、繰り返し
疲労による性能低下が少ないので、ギア、カム、軸受な
どの動的用途を目的とする成形用材料として非常に有用
である。
【図面の簡単な説明】
【図１】繰り返し疲労特性を評価するための測定装置の
概略説明図である。
概略説明図である。
フロントページの続き
(72)発明者 林 稔
愛知県刈谷市朝日町二丁目一番地 アイ
シン精機株式会社内
(72)発明者 中井 清隆
愛知県刈谷市朝日町二丁目一番地 アイ
シン精機株式会社内
(56)参考文献 特開 昭63−89550（ＪＰ，Ａ)
特開 平３−146553（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
C08L 77/00 - 77/12
C08K 3/00
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 （Ａ）ポリアミド樹脂８５〜９５重量部
および（Ｂ）ワラストナイト５〜１５重量部の合計１０
０重量部に対して、（Ｃ）不飽和カルボン酸および／ま
たは不飽和ジカルボン酸無水物で変性された変性スチレ
ン系共重合体３〜１０重量部、および（Ｄ）不飽和カル
ボン酸および／または不飽和ジカルボン酸無水物で変性
された重量平均分子量５〜４０万の変性高密度ポリエチ
レン０．５〜５重量部が含有されていることを特徴とす
るポリアミド樹脂組成物。
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