JP5055274B2 - 防弾積層構造体 - Google Patents

Description

本発明は、防弾性の高い積層構造体に関し、特には強化グレージングとして使用されるような透明な高防弾性積層構造体に関する。

用語「防弾」は、本発明の文脈においては、ＦＲ ＥＮ １０６３規格のレベルＢＲ３（口径：３７５ Ｍａｇｎｕｍ）、ＢＲ４（口径：４４ Ｍａｇｎｕｍ）、ＢＲ５（口径：５．５６×４５）、およびレベルＢＲ６（口径：７．６２×５１）までの耐性を意味し、特にはＫａｌａｃｈｎｉｋｏｖ弾（口径：７．６２×３９）への耐性をさらに意味する。

ここでの強化グレージングは、建築用グレージングとしての使用に特に適しており、あるいは装甲移動車両のグレージングに特に適している。

本発明の高防弾性の積層構造体は、積層構造体の空洞へと外周の金属製の強化インサートを、積層構造体を構成しているガラスシートのうちの１つの延長に０．２から１．３ｍｍの間隔をあけつつ導入して含む。

さらに、多くの移動車両の窓は、その外周が、水平に対して例えば約４５°の特定の角度をなしている。したがって、水平方向の銃弾も、この外周において、やはり約４５°の入射角度を有する。

本発明者らは、このような状況の下、インサートによって境界付けられた領域において、インサートから近い距離（特には、インサートの内縁から１５から２０ｍｍ）に撃ち込まれる銃弾によって、車両の内部に被害が生じがちであることに気が付いた。具体的には、衝撃を吸収するのがガラスの約２００ｍｍの領域であり、車両の内側の面を通常は形成しているポリカーボネートが、ガラスの破片を車両の内部へと飛散させがちな様相で変形する。

したがって、本発明の目的は、外周強化インサートの内縁の近くに、特には約４５°の入射角にて発射された１つ以上の銃弾から、ユーザを保護することにある。

この目的のため、本発明の主題は、少なくとも、第１のガラスシート、接着層を介して第１のガラスシートへと接続されており、その縁が少なくとも１辺において第１のガラスシートの縁から後退している第２のガラスシート、接着層を介して第２のガラスシートへと接続された第３のガラスシートであって、第２のガラスシートの縁が、少なくとも上記１辺において、第１のガラスシートの縁からそれ自身が後退している第３のガラスシートの縁からさらに後退している第３のガラスシート、場合によっては、１つ以上の接着層を介して第３のガラスシートへと接続され、必要に応じては互いに接続される１つ以上の追加のガラスシート、接着層を介して第３のガラスシートすなわち最後のガラスシートへと接続され、飛来物の衝撃を弱めるためのシート、および高防弾性の材料で製作され、少なくとも上記１辺において、第１および第３のガラスシートの縁ならびに第２のガラスシートの端面によって境界付けられた空洞の少なくとも一部を占めている強化インサートを順に備える積層構造体である。本発明によるこの積層構造体は、少なくとも上記１辺において、第３のガラスシートおよび上記追加のガラスシートの縁が、飛来物の衝撃を弱めるためのシートの縁から後退させられている点、強化インサートと、第３のガラスシートの端面と、飛来物の衝撃を弱めるためのシートの縁との間の空間が、飛来物のエネルギーを吸収することができる材料によって少なくとも部分的に占められている点、飛来物のエネルギーを吸収することができるこの材料が、流動および積層構造体の組み立て時の脱気の保証が可能な材料を介して、強化インサート、第３のガラスシートの端面、および飛来物の衝撃を弱めるためのシートへと接合されている点、ならびに組み立ての際に流動する材料を通さず、積層構造体への水分の進入に対して不透過性であるカプセル材料が、少なくともこの積層構造体の端面のうちの、飛来物の衝撃を弱めるためのシートの端面と強化インサートの少なくとも一部分との間に位置する部分をカプセル化している点で、卓越している。

本発明の積層構造体は、上述の極端な状況の下でも、長期にわたる弾丸に対する保護を提供する。これは、
飛来物のエネルギーを吸収することができる材料の使用、
流動および積層体の組み立て時のオートクレーブでの脱気の保証が可能であるという接着剤の能力ゆえに得られる接合の品質、および
積層構造体の一部分の端面、特には飛来物の衝撃を弱めるためのシートとこのシートが接続される接着層との間の界面がカプセル化されることによる、水分の進入、したがって剥離の長期にわたる予防の両者ゆえである。

大量生産のグレージングユニットの構成に係るシートの組み立ての作業は、通常は、以下の工程を備える。最初に、これらのシートが、真空の下で気密に封じられた袋に配置される。次に、この袋が、内部の圧力が特には８から１４ｂａｒの間であって、温度が１００から１４０℃の間であるオートクレーブに配置される。オートクレーブでの焼成の際、柔軟なプラスチックが、温度の作用の下で流れる傾向にあり、それによってグレージングの端面を覆って広がる。

流動および積層構造体の組み立て時の脱気の保証が可能な材料、およびカプセル材料は、オートクレーブでの積層構造体の焼成の前に、シートへと有利に適用することができる。これらの材料が構造体の外周を完全に囲む場合には、組み立て時に放出されるガスが逃げ出すことができるよう、通路を設ける必要がある。有利な変形例によれば、流動および脱気の保証が可能な材料が、空気および水蒸気に対して透過性であり、したがって組み立ての品質を損なうことなくこれらのガスを逃がすことができる。場合によっては、この脱気をより容易にするため、補足手段を使用することができる。さらに、この材料は、カプセル材料および飛来物の衝撃を弱めるためのシートを構成している材料との適合性に優れている。

強化インサートの下縁から積層構造の内部（すなわち、採光部分）に向かって短い距離に、約４５°の入射角度にて上昇方向に発射された弾丸は、第３のグレージングシートに出会うことなく、飛来物のエネルギーを吸収することができる材料に遭遇する。この材料は、カプセル材料および飛来物の衝撃を弱めるためのシートによって、所定の位置にしっかりと長持ちするように保持されている。この装置は、本質的に、弾丸を止めることが可能である。もはや、グレージングの破片が、飛来物の衝撃を弱めるためのシートを通っても、このシートの縁の剥離によっても、ユーザの存在する側へと進入することは不可能である。

有利な構成においては、カプセル材料が、このカプセル材料が、第１および第２のグレージングシートを接続している接着層の縁ならびに強化インサートの縁と協働して、取り付け位置の枠または溝（ｒｅｂａｔｅ）への挿入を可能にする厚さを有する突起を形成するような方法で、第１のガラスシートの縁から後退している。

流動および積層構造体の組み立て時の脱気の保証が可能な材料は、おそらくはポリビニルブチラールと組み合わせられる熱可塑性ポリウレタン、エチレン／ビニルアセテートコポリマー、またはこれらの１つ以上およびガラス、アラミド、ポリカーボネート、鋼などで作られた繊維または布地から構成される複合材など、８０から１４０℃の間の軟化温度を有する熱可塑性のポリマーまたはコポリマーから選択される。

カプセル材料は、好ましくは、オートクレーブでの積層体の組み立て温度、すなわち１００から１４０℃の間の温度において軟化しない材料、特には１４５から１９０℃の間の軟化温度を有する材料、熱可塑性エラストマー、ポリ塩化ビニル、熱可塑性または熱硬化性ポリウレタン、ポリエチレンテレフタレート、ネオプレン、ゴム、エポキシ樹脂、またはこれらおよびグレージング、アラミド、ポリカーボネート、鋼などで作られた繊維または布地の１つ以上から構成される複合材から選択される。

カプセル材料は、オートクレーブでの焼成の際に使用される温度よりも高い軟化温度を有する。したがって、流動および脱気の保証が可能な材料のあらゆる流れも妨げることなくストッパを構成する。標準的な使用条件、すなわち１００から１４０℃の間のオートクレーブ温度においては、カプセル材料の軟化温度は、例えば１４５から１９０℃の間である。さらに、カプセル材料は、任意の整列不良の矯正および整列不良への適合の両方にとって充分な機械的特性を有する。ショアＡ硬さは、例えば７０から９０の間である。好ましくは、５００％を超える破断時伸びを有し、引っ張り強度が１０ＭＰａよりも大であり、これらの値は、Ｈ_３−ダンベル試験片についてＮＦ Ｔ ４６−００２規格にしたがって測定される。さらに、２００％を超える伸び、および２００から３００ＭＰａの間の初期ヤング率を有し、測定されるこれらの値は、ＮＦ Ｔ−４６．００２規格にしたがって−４０℃の温度を有する。この特性は、低温にさらされたときのグレージングの損傷を防止する。

カプセル材料は、それが接触することになるあらゆる材料、すなわち流動および脱気の保証が可能である材料、ならびに例えばグレージングを車体の開口へと固定するために使用される接着剤のビード、および／または封止ジョイントおよび／またはフィッティングジョイント、例えばカプセル化または押し出しジョイントを構成するために使用される材料の両者との適合性に優れている。

このカプセル材料は、有利には、水および水蒸気に対して不透過性である。

本発明の好ましい実施形態においては、第１、第２、および第３のグレージングシートのうちの少なくとも１つ、または追加のグレージングシートが、強化され、特には化学的に強化されている。この手段は、飛来物の貫通に対する保護を改善する。

例えば仏国特許第２５９５０９１号明細書に記載されている化学的な強化は、ソーダ石灰シリカグレージングシートの表面のイオンを、圧縮を生み出すべくより大きな直径の他のイオンで置き換えることからなる。

同じ目的のため、他の実施形態は、第１のグレージングシートの自由表面、すなわち弾丸の衝突を受けるように意図された面が、機械的な補強層で覆われた実施形態である。これは、特にはＳｉ_３Ｎ_４、水素化４面体非晶質炭素ｔａ−Ｃ：Ｈ（ダイヤモンド状炭素（Ｄｉａｍｏｎｄ Ｌｉｋｅ Ｃａｒｂｏｎ）を表わしてＤＬＣとも呼ばれる）、などである。これらの層の厚さは、特には５から５００ｎｍの間であり、好ましさの低下する順で、３００ｎｍを超えず、１００ｎｍを超えず、５０ｎｍを超えず、２５ｎｍを超えない。典型的には、１０ｎｍである。

Ｓｉ_３Ｎ_４は、マグネトロンスパッタリングによって、充分に導電性にすべくＡｌなどの金属をドープしたシリコン製のターゲットによって、窒化の雰囲気において得られる。

ＤＬＣ層は、イオン源（直流または交流電流あるいはマイクロ波放射によって励起され、イオンを加速させるための格子を備え、あるいは備えないアノード層ソースの原理に基づくか否かにかかわらず）におけるＣＨ_４、Ｃ_２Ｈ_６、Ｃ_２Ｈ_４、Ｃ_２Ｈ_２、などの前駆体の解離によってもたらすことができ、このようにして生み出されたイオンの流れが、１００から２０００ｅＶの間のエネルギーで基板（加熱されていても、加熱されていなくてもよい）へと向けられる。ＤＬＣ層はまた、化学蒸着（ＣＶＤ）などの他の任意のプロセスによって得ることも可能である。

本発明の積層構造体の他の有利な特徴によれば、
第１および第２のグレージングシートならびに追加のグレージングシートの厚さが、２から８ｍｍの間であり、第３のグレージングシートの厚さが、４から１０ｍｍの間であり、飛来物の衝撃を弱めるためのシートの厚さが、２から４ｍｍの間であり、２つのグレージングシートを接続しているそれぞれの接着層の厚さが、０．３から１．５ｍｍの間であり、第３のグレージングシートすなわち最後のグレージングシートを飛来物の衝撃を弱めるためのシートへと接続している接着層の厚さが、１．５から３．５ｍｍの間であり、
飛来物の衝撃を弱めるためのシートが、ポリカーボネートなどで製作され、通常は保護されるべきユーザが存在する側の面を構成するために使用されており（よく知られているように、ポリカーボネートは、おそらくは変形によって弾丸のエネルギーの一部を吸収することができる）、
強化インサートが、１から４ｍｍの間の厚さを有する鋼などで製作され、飛来物の衝撃を弱めるためのシートの縁から３から２０ｍｍの間の深さだけ、積層構造体へと進入している。

さらに、主要な好ましい効果が、１回または複数回の衝撃において、２つのグレージングシートを隔てており、あるいはグレージングシートをポリカーボネートなどのプラスチックシートから隔てている積層構造体の中間の接着層の少なくとも１つが、２５℃において少なくとも１００ＭＰａ、好ましくは４００ＭＰａ、特に好ましくは７００ＭＰａのヤング率を有するという事実によって得られる。そのような接着層の例は、可塑剤の含有量の少ないポリビニルブチラール（特には、１００部の樹脂および１９部のアジピン酸ｎ−ヘキシルからなる）、高弾性率熱可塑性ポリウレタン、などである。

本発明の主題はさらに、建築物または陸海空の輸送車両のための高い防弾性を有するグレージングであって、上述の積層構造体を備えるグレージングに関する。

本発明を、本発明によるグレージングの１辺の断面概略図を示しているただ１つの添付図面を参照し、以下の例によって説明する。

（実施例）
図に示されているグレージングは、
４０４×４０４ｍｍの寸法であって４ｍｍの厚さを有する化学強化ソーダ石灰シリカガラスシート（１）、
３３２×３３２ｍｍの寸法であって３ｍｍの厚さを有する化学強化ソーダ石灰シリカガラスシート（３）、
３４６×３４６ｍｍの寸法であって６ｍｍの厚さを有する化学強化ソーダ石灰シリカガラスシート（５）、および
３６４×３６４ｍｍの寸法であって３ｍｍの厚さを有するポリカーボネート（１１）
を備える。

これらのシートは全て、互いに中心を合わせられており、したがってシート（３）の縁は、全ての辺において、シート（１）の各辺からは３６ｍｍだけ、シート（５）の各辺からは７ｍｍだけ後退しており、シート（５）の各辺は、ポリカーボネートシート（１１）の各辺から９ｍｍだけ後退している。

シート（１）および（３）は、シート（１）の表面全体を覆っている厚さ０．７６ｍｍの熱可塑性ポリウレタン接着層（２）によって接続されている。

シート（３）および（５）は、２つのグレージングシートの少なくとも最も小さい表面（３）を覆っている厚さ１．１４ｍｍの標準的なポリビニルブチラール接着層（４）によって接続されている。

シート（５）および（１１）は、シート（５）および（１１）の少なくとも最も小さい表面（５）を覆っている厚さ２．５ｍｍの熱可塑性ポリウレタン接着層（１０）によって接続されている。

強化インサート（２０）が、グレージングシート（１）と同じ外寸を有し、幅が３５ｍｍであって厚さが２ｍｍである鋼製フレームを形成している。強化インサート（２０）の外縁は、強化インサート（２０）が接着層（２）を介して接合されるように意図されているグレージングシート（１）の外縁に整列している。したがって、強化インサート（２０）の内縁は、第２のグレージングシート（３）の縁から距離ｘにあり、ここでｘ＝１ｍｍである。

ポリカーボネートシート（１１）の縁に対して、強化インサート（２０）は、２０ｍｍである距離ｅだけ積層構造から露出しており、ｉ＝１５ｍｍだけ積層構造体へと挿入されている。

これらの構成要素を一体にして、所望の様相に整列させた後、１００から１４０℃の間であるオートクレーブ内での積層体の組み立ての温度において流動できる或る量の熱可塑性ポリウレタン（３０）が、強化インサート（２０）と第３のグレージングシート（５）およびポリカーボネートシート（１１）の縁との間に広がる空洞に配置される。したがって、この量は、自身の流動により、さらには温度および圧力の組み合わせの作用ゆえに組み立ての際に脱気をもたらすことによって、組み立て前の図に示されており、接着層（２）、強化インサート（２０）の内縁、第２のグレージングシート（３）の縁、および接着層（４）によって境界付けられている空間など、空き空間の全体を満たすために充分である。この熱可塑性ポリウレタン（３０）の量は、当然ながら、第３のグレージングシート（５）の縁のポリカーボネートシート（１１）の縁に対するオフセットに依存する。一般に、このオフセットは、２．５から１９．５ｍｍの間であり、この場合には９ｍｍである。

この熱可塑性ポリウレタン（３０）は、オートクレーブ内での積層体の組み立て温度では軟化しないカプセル材料（３１）によって覆われる。ここで、カプセル材料（３１）は、約１８０℃の軟化点を有するポリウレタンのテープである。通常は０．５から４ｍｍの間であるこのテープ（３１）の厚さは、この場合には１ｍｍである。好ましくは、色付けされており、例えば黒色である。ショアＡ硬さは、８５±５程度である。したがって、構造体を構成しているシートの整列の不良を矯正するための剛性、および下方の熱可塑性ポリウレタン（３０）との協働においてそのような整列の不良に適合するための柔軟性の両者を、組み合わせている。熱可塑性ポリウレタン（３０）が、カプセル材料（３１）が一方では強化インサート（２０）へと、他方ではポリカーボネートシート（１１）の縁へと接合されるように保証している。

カプセル材料（３１）は、積層構造体へのいかなる水分の進入も防止しており、そのような進入が生じるならば、特にはポリカーボネートシート（１１）の剥離を引き起こす原因となり得る。

このようにして、積層構造体が、１００から１４０℃での従来からのオートクレーブプロセスを使用して組み立てられる。

得られた積層構造体を、４４０±１０ｍ／ｓの速度の４４口径マグナム弾で、図の垂直方向に対して４５°の入射角で射撃した。構造体は、積層構造体が装備される装甲移動車両の車体と同じ方法で、強化インサート（２０）およびカプセル材料（３１）の自由面を当接させて金属フレームへと適用されていた。

衝突の位置は、後述のように、強化インサート（２０）の内縁から近い距離にあり、この距離に付された符号＋が示しているとおり、強化インサート（２０）の内縁から積層構造体の内部（すなわち、採光部分）へと向かった位置であった。

第１のグレージングユニットは、外周を巡って分布させた＋２５ｍｍの位置への３発の連続した銃弾に耐えた。

第２のグレージングユニットは、＋２５ｍｍの位置への２発の射撃、およびその後の＋３０ｍｍの位置への１発の射撃に耐えた。

第３のグレージングユニットは、強化インサート（２０）がｉ＝１７ｍの位置まで積層構造体へと挿入されている点においてのみ先の２つのグレージングユニットから相違しており、外周を巡って分布させた＋１５、＋２５、および＋３０ｍｍの位置への３発の連続する射撃に耐えた。

強化インサート（２０）がｉ＝２０ｍｍの位置まで積層構造体へと挿入されている第４および第５のグレージングユニットは、＋２５ｍｍの位置への２発の射撃、およびその後の＋３０ｍｍの位置への２発の射撃に耐えた。

同じ射撃を、第３のグレージングシート（５）がカプセル材料（３２）およびポリカーボネートシート（１１）へと接続している接着層（１０）まで延ばされている点で先のグレージングユニットと相違しているグレージングユニットにて行った。

上述の射撃と同じ射撃、特には＋１５ｍｍから＋２５ｍｍの間の射撃において、以下が観察された。

弾丸の貫通はなかったが、保護されるべきユーザの存在する側へとグレージングの破片が飛散し、あるいは
１つ以上の弾丸が貫通した。

これらの試験は、本発明の構造体の望ましい有効性を証明している。

本発明によるグレージングの１辺の断面概略図を示す。

Claims (10)

1. 少なくとも第１のガラスシート（１）、
   接着層（２）を介して第１のガラスシート（１）へと接続されており、その縁が少なくとも１辺において第１のガラスシート（１）の縁から後退している第２のガラスシート（３）、
   接着層（４）を介して第２のガラスシート（３）へと接続された第３のガラスシート（５）であって、第２のガラスシート（３）の縁が、少なくとも前記１辺において、第１のガラスシート（１）の縁からそれ自身が後退している第３のガラスシート（５）の縁からさらに後退している、前記第３のガラスシート（５）、
   場合によっては、１つ以上の接着層を介して第３のガラスシート（５）へと接続され、必要に応じては互いに接続される１つ以上の追加のガラスシート、
   接着層（１０）を介して第３のガラスシート（５）すなわち最後のガラスシートへと接続され、飛来物の衝撃を弱めるためのシート（１１）、および
   高防弾性の材料で製作され、少なくとも前記１辺において、第１および第３のガラスシート（１、５）の縁ならびに第２のガラスシート（３）の端面によって境界付けられた空洞の少なくとも一部を占めている強化インサート（２０）
   を順に備える積層構造体であって、
   少なくとも前記１辺において、第３のガラスシート（５）および前記追加のガラスシートの縁が、飛来物の衝撃を弱めるために、飛来物の衝撃を弱めるためのシート（１１）の縁から後退させられており、
   強化インサート（２０）と、第３のガラスシート（５）の端面と、飛来物の衝撃を弱めるためのシート（１１）の縁との間の空間が、飛来物のエネルギーを吸収することができる材料（３０、３１）によって少なくとも部分的に占められており、
   飛来物のエネルギーを吸収することができる材料（３０、３１）が、流動可能でありかつ積層構造体の組み立て時の脱気の保証が可能な材料（３０）を介して、強化インサート（２０）、第３のガラスシート（５）の端面、および飛来物の衝撃を弱めるためのシート（１１）へと接合されており、
   組み立ての際に流動する材料（３０）を通さず、積層構造体への水分の進入に対して不透過性であるカプセル材料（３１）が、少なくとも積層構造体の端面のうちの、飛来物の衝撃を弱めるためのシート（１１）の端面と強化インサート（２０）の少なくとも一部分との間に位置する部分をカプセル化することを特徴とする、積層構造体。
2. カプセル材料（３１）が、積層構造体の少なくとも前記１辺で第１のガラスシート（１）の縁から後退し、第１のガラスシート（１）の端部と、第１および第２のガラスシート（１、３）を接続している接着層（２）の端部と、強化インサート（２０）の端部とが、取り付け位置の枠または溝への挿入を可能にする厚さを有する突起を画定することを特徴とする、請求項１に記載の積層構造体。
3. 流動可能でありかつ積層構造体の組み立て時の脱気の保証が可能な材料（３０）が、ポリビニルブチラールと組み合わせられる熱可塑性ポリウレタン、エチレン／ビニルアセテートコポリマー、またはこれらの１つ以上およびガラス、アラミド、ポリカーボネート、鋼で作られた繊維または布地から構成される複合材など、８０から１４０℃の間の軟化温度を有する熱可塑性のポリマーまたはコポリマーから選択されることを特徴とする、請求項１または２に記載の積層構造体。
4. カプセル材料（３１）が、オートクレーブでの積層体の組み立て温度、すなわち１００から１４０℃の間の温度において軟化せず、１４５から１９０℃の間の軟化温度を有し、熱可塑性エラストマー、ポリ塩化ビニル、熱可塑性または熱硬化性ポリウレタン、ポリエチレンテレフタレート、ネオプレン、ゴム、エポキシ樹脂、あるいはこれらおよびガラス、アラミド、ポリカーボネート、鋼で作られた繊維または布地の１つ以上から構成される複合材を含むことを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載の積層構造体。
5. 第１、第２、および第３のガラスシート（１、３、５）のうちの少なくとも１つ、または追加のガラスシートが、強化されていることを特徴とする、請求項１から４のいずれか一項に記載の積層構造体。
6. 第１、第２、および第３のガラスシート（１、３、５）のうちの少なくとも１つ、または追加のガラスシートが、化学的に強化されていることを特徴とする、請求項５に記載の積層構造体。
7. 第１および第２のガラスシート（１、３）ならびに追加のガラスシートの厚さが、２から８ｍｍの間であり、第３のガラスシート（５）の厚さが、４から１０ｍｍの間であり、飛来物の衝撃を弱めるためのシート（１１）の厚さが、２から４ｍｍの間であり、２つのガラスシート（（１、３）：（３、５））を接続しているそれぞれの接着層（２、４）の厚さが、０．３ｍｍから１．５ｍｍの間であり、第３のガラスシート（５）すなわち最後のガラスシートを飛来物の衝撃を弱めるためのシート（１１）へと接続している接着層（１０）の厚さが、１．５から３．５ｍｍの間であることを特徴とする、請求項１から６のいずれか一項に記載の積層構造体。
8. 飛来物の衝撃を弱めるためのシート（１１）が、ポリカーボネートで製作されていることを特徴とする、請求項１から７のいずれか一項に記載の積層構造体。
9. 強化インサート（２０）が、１から４ｍｍの間の厚さを有する鋼で製作され、飛来物の衝撃を弱めるためのシート（１１）の縁から３から２０ｍｍの間の深さだけ、積層構造体へと進入していることを特徴とする、請求項１から８のいずれか一項に記載の積層構造体。
10. 建築物または陸海空の輸送車両のための高い防弾性を有するグレージングであって、請求項１から９のいずれか一項に記載の積層構造体を備えるグレージング。

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