JP6165207B2 - Fiber reinforced resin base sheet and method for confirming internal flow of fiber reinforced resin base sheet - Google Patents
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Description
本発明は、長繊維を含む樹脂でシート状に形成され、複数層に積層された状態で所定形状にプレス加工される繊維強化樹脂基材シートと、その繊維強化樹脂基材シートの内部流動確認方法とに関する。 The present invention is a fiber reinforced resin base sheet that is formed into a sheet with a resin containing long fibers and is pressed into a predetermined shape in a state of being laminated in a plurality of layers, and internal flow confirmation of the fiber reinforced resin base sheet With respect to methods.
長繊維強化樹脂を金型で加熱プレス加工する際に、成形条件に応じて長繊維強化樹脂の温度を算出し、所定の温度範囲毎に設けられた複数の粘度フィッティングモデルから前記算出された温度に対応する粘度フィッティングモデルを選択し、前記選択された粘度フィッティングモデルを用いて長繊維強化樹脂の粘度を算出することで、樹脂の流動状態の解析精度を高めるものが、下記特許文献1により公知である。 When heat-pressing the long fiber reinforced resin with a mold, the temperature of the long fiber reinforced resin is calculated according to the molding conditions, and the calculated temperature is calculated from a plurality of viscosity fitting models provided for each predetermined temperature range. Patent Document 1 below discloses that a viscosity fitting model corresponding to the above is selected, and the viscosity of the long fiber reinforced resin is calculated using the selected viscosity fitting model, thereby improving the analysis accuracy of the flow state of the resin. It is.
また繊維強化樹脂基材シートの表面に耐熱性を有するホワイトマーカー等で予めラインを引いておき、加熱プレス加工後の製品の表面に残るラインの歪みから樹脂の流動状態を推察する方法も知られている。 Also known is a method of drawing a line in advance with a heat-resistant white marker on the surface of a fiber reinforced resin base sheet and inferring the flow state of the resin from the distortion of the line remaining on the surface of the product after hot press processing. ing.
しかしながら、上記前者の技術は、金型のキャビティ面に接する樹脂は冷却され易いために粘度が高くなり、金型のキャビティ面に接しない樹脂は冷却され難いために粘度が低くなることから、製品の厚さ方向の各部において異なる樹脂の流動状態を高精度に解析することは困難である。 However, the former technique has a high viscosity because the resin in contact with the cavity surface of the mold is easily cooled, and the viscosity is low because the resin not in contact with the cavity surface of the mold is difficult to cool. It is difficult to analyze with high accuracy the flow state of different resins in each part in the thickness direction.
また上記後者の技術は、製品の表面における樹脂の流動状態を確認することは可能であるが、製品の内部における樹脂の流動挙動を確認することは不可能である。 The latter technique can confirm the flow state of the resin on the surface of the product, but cannot confirm the flow behavior of the resin inside the product.
本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、繊維強化樹脂基材シートを複数層に積層して所定形状にプレス加工した製品の内部における樹脂の流動状態および長繊維の移動状態を精度良く確認することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and the flow state of resin and the movement state of long fibers in a product obtained by laminating a plurality of fiber reinforced resin base sheets into a predetermined shape and pressing into a predetermined shape are accurately obtained. The purpose is to confirm.
上記目的を達成するために、請求項1に記載された発明によれば、長繊維を含む樹脂でシート状に形成され、複数層に積層された状態で所定形状に加熱プレス加工される繊維強化樹脂基材シートであって、少なくとも一方の表面にX線不透過材料を含むインクで前記樹脂の流動状態や長繊維の移動状態が読み取れるマーキングを印刷したことを特徴とする繊維強化樹脂基材シートが提案される。 In order to achieve the above object, according to the invention described in claim 1, the fiber reinforcement is formed into a sheet shape with a resin containing long fibers, and is hot pressed into a predetermined shape in a state of being laminated in a plurality of layers. A fiber reinforced resin base sheet, wherein a resin base sheet is printed with markings on at least one surface of the resin containing a radiopaque material so that the flow state of the resin and the movement state of the long fibers can be read. Is proposed.
また請求項2に記載された発明によれば、請求項1の構成に加えて、前記マーキングはグリッド形状であることを特徴とする繊維強化樹脂基材シートが提案される。 According to the invention described in claim 2, in addition to the structure of claim 1, a fiber-reinforced resin base sheet is proposed in which the marking has a grid shape.
また請求項3に記載された発明によれば、請求項2の構成に加えて、前記グリッド形状の一辺の長さは、前記繊維強化樹脂基材シートの板厚から最大繊維長の半分の範囲内であることを特徴とする繊維強化樹脂基材シートが提案される。 According to the invention described in claim 3, in addition to the configuration of claim 2, the length of one side of the grid shape ranges from the plate thickness of the fiber reinforced resin base sheet to half the maximum fiber length. A fiber-reinforced resin base sheet is proposed which is characterized in that it is inside.
また請求項4に記載された発明によれば、請求項2または請求項3の構成に加えて、前記グリッド形状は交点が空白であることを特徴とする繊維強化樹脂基材シートが提案される。 According to the invention described in claim 4, in addition to the configuration of claim 2 or claim 3, a fiber reinforced resin base sheet is proposed in which the grid shape has a blank intersection. .
また請求項5に記載された発明によれば、請求項1〜請求項4の何れか1項の構成に加えて、前記繊維強化樹脂基材シートの積層枚数は、製品の板厚に応じて調整されることを特徴とする繊維強化樹脂基材シートが提案される。 According to the invention described in claim 5, in addition to the configuration of any one of claims 1 to 4, the number of laminated fiber reinforced resin base sheets depends on the thickness of the product. A fiber-reinforced resin base sheet characterized by being adjusted is proposed.
また請求項6に記載された発明によれば、請求項1〜請求項5の何れか1項に記載の繊維強化樹脂基材シートの内部流動確認方法であって、加熱プレス加工された製品のX線画像における前記グリッド形状の変形状態から、前記樹脂の流動状態や前記長繊維の移動状態を確認することを特徴とする繊維強化樹脂基材シートの内部流動確認方法が提案される。 According to the invention described in claim 6, the method for confirming the internal flow of the fiber-reinforced resin base sheet according to any one of claims 1 to 5, wherein the product is subjected to hot press processing. A method for confirming the internal flow of a fiber-reinforced resin base sheet is proposed, wherein the flow state of the resin and the movement state of the long fibers are confirmed from the deformation state of the grid shape in the X-ray image.
尚、実施の形態のグリッド形状13は本発明のマーキングに対応する。
The
請求項1の構成によれば、繊維強化樹脂基材シートは、長繊維を含む樹脂でシート状に形成され、複数層に積層された状態で所定形状にプレス加工される。繊維強化樹脂基材シートの少なくとも一方の表面にX線不透過材料を含むインクで樹脂の流動状態や長繊維の移動状態が読み取れるマーキングを印刷したので、プレス加工された製品のマーキングをX線で撮像することで、そのマーキングが印刷された繊維強化樹脂基材シートの樹脂の流動状態、つまり製品の内部の任意の位置における長繊維の移動状態を精度良く確認することができる。 According to the structure of Claim 1, a fiber reinforced resin base material sheet is formed in the sheet form with resin containing a long fiber, and is press-processed by the predetermined shape in the state laminated | stacked on multiple layers. Since the marking that can read the flow state of the resin and the movement state of the long fibers is printed on at least one surface of the fiber reinforced resin base sheet with the ink containing the X-ray opaque material, the marking of the pressed product is performed with the X-ray. By imaging, the flow state of the resin of the fiber reinforced resin base sheet on which the marking is printed, that is, the moving state of the long fibers at an arbitrary position inside the product can be confirmed with high accuracy.
また請求項2の構成によれば、マーキングはグリッド形状であるので、長繊維の縦横の移動状態を一層高精度で確認することができる。 According to the second aspect of the present invention, since the marking has a grid shape, the longitudinal and lateral movement states of the long fibers can be confirmed with higher accuracy.
また請求項3の構成によれば、グリッド形状の一辺の長さは、繊維強化樹脂基材シートの板厚から最大繊維長の半分の範囲内であるので、長繊維の繊維長とグリッド形状の一辺の長さとの比率が適正となり、グリッド形状の変形に基づいて長繊維のうねり状態を精度良く確認することができる。 According to the configuration of claim 3, since the length of one side of the grid shape is within the range of half of the maximum fiber length from the plate thickness of the fiber reinforced resin base sheet, the fiber length of the long fibers and the grid shape The ratio with the length of one side becomes appropriate, and the waviness state of the long fibers can be accurately confirmed based on the deformation of the grid shape.
また請求項4の構成によれば、マーキングは交点が空白であるので、交点の近傍においてタングステンの密度が局部的に高まって繊維強化樹脂基材シートの強度に影響が及ぶのを回避することができる。 According to the configuration of claim 4, since the intersection of the marking is blank, it is possible to avoid the fact that the density of tungsten is locally increased in the vicinity of the intersection and the strength of the fiber-reinforced resin base sheet is affected. it can.
また請求項5の構成によれば、繊維強化樹脂基材シートの積層枚数は、製品の板厚に応じて調整されるので、樹脂の流動を最小限に抑えて製品の強度を高めることができる。 Further, according to the configuration of the fifth aspect, since the number of laminated fiber reinforced resin base sheets is adjusted according to the thickness of the product, the flow of the resin can be minimized and the strength of the product can be increased. .
また請求項6の構成によれば、加熱プレス加工された製品のX線画像におけるマーキングの変形状態から、繊維強化樹脂基材シートの樹脂の流動状態を確認するので、製品を切断して傷つけることなく、その内部における長繊維の移動状態を確認することができる。 Moreover, according to the structure of Claim 6, since the flow state of the resin of a fiber reinforced resin base material sheet is confirmed from the deformation state of the marking in the X-ray image of the hot-pressed product, the product is cut and damaged. And the moving state of the long fibers in the interior can be confirmed.
以下、図1〜図8に基づいて本発明の実施の形態を説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to FIGS.
図1は、繊維強化樹脂製の製品を加熱プレス成形するための素材となる繊維強化樹脂基材シート11を示すもので、この繊維強化樹脂基材シート11は、ナイロン6のような熱可塑性のポリアミド樹脂をマトリクスとして例えば0.5mm〜2mmの一定厚さに形成されており、その内部にカーボン繊維やガラス繊維の長繊維12よりなる補強材がランダムに絡み合うように配置される。長繊維12の繊維長は、繊維強化樹脂基材シート11の板厚よりも大幅に大きい10mm〜50mmであり、従って長繊維12は繊維強化樹脂基材シート11の表面に対して略平行に配置され、繊維強化樹脂基材シート11の厚さ方向に配置されることはない。
FIG. 1 shows a fiber reinforced
尚、図1では長繊維12を理解容易なように概念的に描いているが、実際には長繊維12はもっと長く直線的であって、繊維密度Vfも45%ぐらいあってもっと密である。また前記熱可塑性樹脂に代わりに、未硬化状態の熱硬化製樹脂を用いても良い。
In FIG. 1, the
長繊維12の移動が読み取れるマーキングをするために、繊維強化樹脂基材シート11の一方の表面には、碁盤目状のグリッド形状13が印刷される。長繊維12の繊維長が最小値10mmから最大値50mmの範囲内で、繊維強化樹脂基材シート11の板厚が2mmの場合、グリッド形状13の一辺の長さは2mm〜25mmである。
In order to make a marking that allows the movement of the
一般的に、長繊維12の繊維長は、10mm〜50mmの範囲内でばらつく場合と、全て50mmに揃った場合とがある。その長繊維12の移動状態を確認するために、グリッド形状13の一辺の長さを25mmとすると、大きすぎて長繊維12の移動状態の確認が難しくなる。また一般的に板厚が薄いと繊維強化樹脂基材シート11の樹脂流動による長繊維12のうねりは小さく、板厚が厚いと繊維強化樹脂基材シート11の樹脂流動による長繊維12のうねりは大きいため。グリッド形状13の一辺の長さを繊維強化樹脂基材シート11の板厚以上とすることで、長繊維12のうねり状態を精度良く確認することができる。一方、グリッド形状13の一辺の長さを繊維強化樹脂基材シート11の板厚以下とすると、X線による撮影時にグリッドの解析が難しくなり、長繊維12の移動状態を精度良く確認することができない。
In general, the fiber length of the
そこで、実際には5mm〜10mmぐらいあれば、長繊維12の移動状態を正確に確認することができる。本発明には、長繊維12を含む樹脂に限らず、連続繊維を含む樹脂を適用することができる。
Therefore, in practice, if the length is about 5 mm to 10 mm, the moving state of the
グリッド形状13を印刷するためのインクはX線不透過材料を含む。X線不透過材料は、X線を透過しない物質であるタングステンを含むもので、純度99.9%以上で粒径が8μm以下のタングステン粉末を熱硬化型のインクに15重量%混合して製造され、水分除去のために乾燥させた繊維強化樹脂基材シート11の表面に印刷される。X線を充分に遮断するためにはインクの塗膜が厚い方が有利であるが、塗膜が厚過ぎると割れ易くなり、かつ繊維強化樹脂基材シート11を成形する際の妨げになるため、約50μmの塗膜が得られるように複数回重ねて印刷を行う。印刷の完了後、熱硬化型のインクを加熱硬化させてグリッド形状13を定着させる。X線不透過材料はタングステンに限定されず、繊維および樹脂よりもX線透過レベルが低く、コントラストが付く材料であれば良い。
The ink for printing the
グリッド形状13の交点部分はインクの塗膜が途切れている。これにより、グリッド形状13の交点の近傍でタングステンの密度が局部的に高まるのを防止し、繊維強化樹脂基材シート11の強度に影響が及ぶのを回避することができる。
The ink coating is interrupted at the intersections of the
図3(A)は繊維強化樹脂製の製品14の断面形状を示すもので、この製品14は厚肉部14aおよび薄肉部14bが段部14cを介して連続する一定断面の部材である。
FIG. 3A shows a cross-sectional shape of a
図2は製品14を加熱プレス成形するための金型15を示すもので、金型15は上型16および下型17からなり、上型16および下型17間に予め加熱した複数枚の繊維強化樹脂基材シート11…を積層状態で配置した状態で、上型16を下型17に向けて下降させることで製品14を加熱プレス成形する。金型15内における複数枚の繊維強化樹脂基材シート11…を積層状態は任意であり、図3(B)の例では、厚肉部14aおよび薄肉部14bの両方に対応する4枚の繊維強化樹脂基材シート11…と、厚肉部14aだけに対応する2枚の繊維強化樹脂基材シート11,11とが積層され、図3(C)の例では、厚肉部14aおよび薄肉部14bの両方に対応する5枚の繊維強化樹脂基材シート11…が積層される。
FIG. 2 shows a
このとき、複数枚の繊維強化樹脂基材シート11…のうちの何れか1枚の繊維強化樹脂基材シート11の一方の表面にはグリッド形状13が印刷されている。複数枚の繊維強化樹脂基材シート11…のうち、グリッド形状13が印刷された繊維強化樹脂基材シート11の位置(製品14の厚さ方向の位置)は、加熱プレス加工時における繊維強化樹脂基材シート11の樹脂の流動状態を確認したい位置に設定される。特に、隣接する繊維強化樹脂基材シート11…間に配置すると、樹脂の流動状態を確認し易くなる。
At this time, the
複数枚の繊維強化樹脂基材シート11…のうち、2枚以上の繊維強化樹脂基材シート11…にグリッド形状13を印刷することが可能であるが、このようにすると、製品14の二つ以上の厚さ位置のグリッド形状13が重なり合って撮像されるので注意が必要である。
The
図4はX線撮像装置を示すもので、イメージングプレート18上に載置した製品14に対してX線照射装置19からX線を照射し、イメージングプレート18において撮像されたグリッド形状13の画像を読み取り装置により読み取り、モニタに表示するとともに画像のデジタルデータを解析することができる。
FIG. 4 shows an X-ray imaging apparatus. The
図6は、図3(C)に示す繊維強化樹脂基材シート11…の積層状態を採用したときに、製品14の内部のg〜j面および製品14の下面のk面にそれぞれ対応するグリッド形状13の画像を示すものである。例えば、図6の(g)の画像は、上から1層目の繊維強化樹脂基材シート11の下面にグリッド形状13を印刷した場合、あるいは上から2層目の繊維強化樹脂基材シート11の上面にグリッド形状13を印刷した場合に対応し、図6の(k)の画像は、上から5層目の繊維強化樹脂基材シート11の下面にグリッド形状13を印刷した場合に対応する。
FIG. 6 shows grids respectively corresponding to the gj plane inside the
このように、積層された5層の繊維強化樹脂基材シート11…を全て同一形状とすると、図6の(g)、(h)、(i)、(j)に示すように、製品14の内部のg,h,i,j面で、厚肉部14aに対応する部分で本来は正方形であるグリッド形状13が図中左右方向に押し潰されて縦長に変形しており、繊維強化樹脂基材シート11…の樹脂が図中左右方向に流動していることが分かる。また製品14の内部のg,h,i,j面で、薄肉部14bに対応する部分のグリッド形状13が図中左右方向に引き伸ばされて横長に変形しており、繊維強化樹脂基材シート11…の樹脂が図中左右方向に流動していることが分かる。製品14の平坦な下面に対応するk面(図6の(k)参照)は、繊維強化樹脂基材シート11が殆ど変形しないため、グリッド形状13の形状は当然崩れていない。
As described above, when all of the five layers of the fiber reinforced
繊維強化樹脂基材シート11…の加熱プレス時に樹脂が流動すると、そこに含まれるランダム配向の長繊維12が樹脂と共に移動して長繊維12に曲がり・うねりが発生し、その部分の強度が著しく低下する虞がある。また樹脂が更に大きく流動すると、樹脂の流動方向に沿うように長繊維12が整列してしまい、長繊維12の整列方向に沿って製品14が割れ易くなる可能性もある。
When the resin flows during the hot pressing of the fiber reinforced
一方、図5は、図3(B)に示す繊維強化樹脂基材シート11…の積層状態を採用したときに、製品14の内部のa〜e面および製品14の下面のf面にそれぞれ対応するグリッド形状13の画像を示すものである。
On the other hand, FIG. 5 corresponds to the a to e surfaces inside the
このように、積層される繊維強化樹脂基材シート11…の積層枚数を製品14の断面形状に合わせて異ならせると、図5の(a)、(b)に示すように、製品14の厚肉部14aに対応する内部のa,b面でグリッド形状13が崩れておらず、図5の(c)〜(e)に示すように、製品14の厚肉部14aおよび薄肉部14bの両方に対応する内部のc,d,e面でグリッド形状13が崩れていないことが分かる。製品14の平坦な下面に対応するf面(図5の(f)参照)は、繊維強化樹脂基材シート11が殆ど変形しないため、グリッド形状13は当然崩れていない。
In this way, when the number of laminated fiber reinforced
従って、製品14の厚肉部14aおよび薄肉部14bで繊維強化樹脂基材シート11…の積層枚数を異ならせることで、製品14の内部の全ての面でグリッド形状13の変形を最小限に抑制し、樹脂の流動による長繊維12に曲がり・うねりを防止して製品14の強度を確保することができる。
Therefore, by changing the number of laminated fiber reinforced
図7は、5層に積層した繊維強化樹脂基材シート11…から逆ハット状断面の製品14を加熱プレス成形する例を示すものである。図7(A)に示すように、全ての繊維強化樹脂基材シート11…を同一形状に設定すると、製品14の角部14d,14dにおいて樹脂が引っ張られてグリッド形状13が図中横長(逆ハット状断面の底壁14e側へ伸びるように)に変形し、樹脂の流動方向に沿うように長繊維12が整列してしまい、長繊維12の整列方向に沿って製品14が割れ易くなる可能性がある。また底壁14eにおいて樹脂が圧縮されてグリッド形状13がうねり変形するため、それらの部分で長繊維12の配列が乱れて強度が低下する。
FIG. 7 shows an example in which a
しかしながら、図7(B)に示すように、5層の繊維強化樹脂基材シート11…のうちの上から3層の繊維強化樹脂基材シート11…の中央部を予め切除しておけば、製品14の各部のグリッド形状13の変形が最小限に抑えられるため、言い換えると樹脂の流動が最小限に抑えられるため、製品14の強度を確保することができる。
However, as shown in FIG. 7 (B), if the central portion of the three-layer fiber reinforced
以上のように、本実施の形態によれば、積層される何れかの繊維強化樹脂基材シート11…の少なくとも一方の表面にX線不透過材料を含むインクでマーキング(グリッド形状13)を印刷したので、加熱プレス加工された製品14のマーキング(グリッド形状13)をX線で撮像することで、そのマーキング(グリッド形状13)が印刷された繊維強化樹脂基材シート11の樹脂の流動状態、つまり製品14の内部の任意の位置における樹脂の流動状態を、製品14を切断して傷つけることなく確認することができる。よって、樹脂の流動量が小さくなるように、即ちマーキング(グリッド形状13)の変形量が小さくなるように、製品14の各部の板厚に応じて繊維強化樹脂基材シート11…の積層枚数を調整することで、製品14の強度を高めることができる。
As described above, according to the present embodiment, the marking (grid shape 13) is printed on at least one surface of any one of the fiber-reinforced
またグリッド形状13の一辺の長さは、繊維強化樹脂基材シート11の板厚から最大繊維長の半分の範囲内であるので、長繊維12の繊維長とグリッド形状13の一辺の長さとの比率が適正となり、グリッド形状13の変形に基づいて長繊維12のうねり状態を精度良く確認することができる。
Moreover, since the length of one side of the
図8(A)は、繊維強化樹脂製の自動車のドアインナー20を示している。ドアインナー20は、ドアレギュレータを収納する凹部20aの周辺が急激に屈曲しており、ドアインナー20の加熱プレス時に凹部20aの周辺で樹脂の流動が発生し易くなるが、この部分に本発明を適用することで、ドアインナー20の強度を高めることができる。
FIG. 8A shows a door inner 20 of an automobile made of fiber reinforced resin. In the door inner 20, the periphery of the
図8(B)は、繊維強化樹脂製の自動車のフロアパネル21を示している。フロアパネル21は、車体前後方向に延びるフロアトンネル21aの周辺が急激に屈曲しており、フロアパネル21の加熱プレス時にフロアトンネル21aの周辺で樹脂の流動が発生し易くなるが、この部分に本発明を適用することで、フロアパネル21の強度を高めることができる。
FIG. 8B shows a
以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更を行うことが可能である。 The embodiments of the present invention have been described above, but various design changes can be made without departing from the scope of the present invention.
例えば、繊維強化樹脂基材シート11の樹脂はナイロン6のような熱可塑性樹脂に限定されず、エポキシのような熱硬化性樹脂であっても良い。
For example, the resin of the fiber reinforced
また繊維強化樹脂基材シート11の長繊維12はランダムに配向されたものに限らず、略一方向に揃えて配向されたものであっても良い。この場合には、長繊維12の配向方向が相互に異なるように複数の繊維強化樹脂基材シート11を積層することで、長繊維12をランダムに配向した繊維強化樹脂基材シート11と同様の疑似等方性を与えることができる。
Further, the
また本発明のマーキングは実施の形態のグリッド形状13に限定されず、適宜の形状を選択することができる。
The marking of the present invention is not limited to the
11 繊維強化樹脂基材シート
12 長繊維
13 グリッド形状(マーキング)
14 製品
11 Fiber reinforced
14 products
Claims (6)
少なくとも一方の表面にX線不透過材料を含むインクで前記樹脂の流動状態や前記長繊維(12)の移動状態が読み取れるマーキング(13)を印刷したことを特徴とする繊維強化樹脂基材シート。 A fiber-reinforced resin base sheet that is formed into a sheet with a resin containing long fibers (12) and is pressed into a predetermined shape in a state of being laminated in a plurality of layers,
A fiber reinforced resin base sheet, on which at least one surface is printed with a marking (13) that allows the flow state of the resin and the movement state of the long fibers (12) to be read with ink containing an X-ray opaque material.
加熱プレス加工された製品(14)のX線画像における前記グリッド形状(13)の変形状態から、前記樹脂の流動状態や前記長繊維(12)の移動状態を確認することを特徴とする繊維強化樹脂基材シートの内部流動確認方法。
It is an internal flow confirmation method of the fiber reinforced resin base sheet (11) according to any one of claims 1 to 5,
Fiber reinforcement characterized by confirming the flow state of the resin and the movement state of the long fibers (12) from the deformation state of the grid shape (13) in the X-ray image of the hot-pressed product (14) Method for confirming internal flow of resin base sheet.
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