JP6968106B2 - ポリエチレンテレフタレートバルキー連続フィラメントを含む自動車用タフテッドカーペット - Google Patents

ポリエチレンテレフタレートバルキー連続フィラメントを含む自動車用タフテッドカーペット Download PDF

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Description

本出願は、2018.8.9付けの韓国特許出願第10-2018-0092998号に基づいた優先権の利益を主張し、当該韓国特許出願の文献に開示されたすべての内容は、本明細書の一部として含まれる。本発明は、自動車用に使用するのに適したポリエチレンテレフタレートバルキー連続フィラメント及びこれを含むタフテッドカーペットに関するものである。
一般的に、タフテッドカーペット(tufted carpet)用の素材としては、バルキー連続フィラメント(bulked continuous filament、BCF)の合繊素材には、代表的に、ナイロン6、ナイロン66をはじめ、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート等が使用されている。これらの中、ナイロンがカーペット用の素材として最適の素材であるが、価格が高いという短所があり、安価のポリプロピレンが代替材として多く使用されている。
しかし、ポリプロピレンは、耐熱性が弱く、高温で成形をする自動車用カーペットに使用するのに適していないため、品質は落ちるが、価格の安い不織布タイプのニードルパンチ(needle punch)が多く使用されている。しかし、ニードルパンチ不織布は、タフテッドカーペットに比べて外観の高級感が落ち、耐摩耗が不良な短所があるため、価格の安いタフテッドカーペット素材の開発が要求されている。
最近では、前述したような問題点を改善するため、経済性等において他の素材に比べて優秀な特性を有しており、耐熱性が強いポリエチレンテレフタレート素材でBCFを作成して自動車用カーペットで使用するために試みをしているが、ポリエチレンテレフタレートは、ナイロン素材に比べ比重が高く、同一の外観を発現するためには、単位面積当たりの植え付ける原糸重量を高めるべきであるため、価格的な面において短所がある。また、原糸のバルク復元性がナイロンに比べ落ちるため、成形後に原糸が押さえられ、ボリューム感が落ちるという問題がある。
本発明は、クリンプ率が向上され、自動車用カーペットで使用するのに適したポリエチレンテレフタレートバルキー連続フィラメント及びその製造方法を提供することを目的とする。
また、本発明は、前記ポリエチレンテレフタレートバルキー連続フィラメントを含み、外観の体積感と耐摩耗品質が向上されたタフテッドカーペットを提供することも目的とする。
本発明の一の実施例による自動車用タフテッドカーペットは、ポリエチレンテレフタレート(PET)バルキー加工連続フィラメント(BCF)を含むパイル層;及び少なくとも一つ以上のバッキング(Backing)層を含み、前記バルキー連続フィラメントはクリンプ(Crimp)率が14%以上であり、断面異形度の範囲が1.9〜3.4であり得る。この時、前記バルキー連続フィラメントの直径が6〜20dpfであり、繊度が700〜1500デニールであり得る。また、前記パイル層は重量が180gsm〜700gsmであり得る。
併せて、前記自動車用タフテッドカーペットは、MS343-15規格による耐摩耗が3級以上であり得る。
本発明の実施例によるポリエチレンテレフタレートバルキー連続フィラメントを製造する方法は、テクスチャノズルを通過したフィラメントを急冷することにより、フィラメントの熱収縮率を低くし、クリンプ率を従来と比べて向上させることができる。
また、フィラメントの断面異形度を特定の範囲へと調節することにより、フィラメントのボリューム感を高めることができ、このようなフィラメントを適用したタフテッドカーペットも外観のボリューム感と耐摩耗品質が向上され得る。
本発明の一の実施例に係るポリエチレンテレフタレートバルキー連続フィラメントを製造するための装置を概略的に示した図面である。 本発明の一の実施例に係るタフテッドカーペットを概略的に示した図面である。
本発明は、多様な変更を加えることができ、様々な形態を有することができるところ、特定の実施例を本文に詳細に説明しようとする。しかし、これは本発明を特定な開示形態について限定しようとするものではなく、本発明の思想及び技術範囲に含まれるすべての変更、均等物ないし代替物を含むものと理解されるべきである。
本出願では、"含む"または"有する"などの用語は、明細書上に記載された特徴、数字、段階、動作、構成要素、部品またはこれらを組み合わせたものが存在することを指定しようとするのであって、一つまたはそれ以上の他の特徴や数字、段階、動作、構成要素、部分品またはこれらを組み合わせたものらの存在または付加可能性を予め排除しないものとして理解されるべきである。また、層、膜、領域、板などの部分が他の部分の"上に"あるとする場合、これは他の部分の"すぐ上に"ある場合だけでなく、その中間に、また、他の部分がある場合も含む。逆に層、膜、領域、板などの部分が他の部分の"下に"あるとする場合、これは他の部分の"すぐ下に"ある場合だけでなく、その中間に、また、他の部分がある場合も含む。また、本出願で"上に"配置されるということは、上部だけでなく、下部に配置される場合も含むことであり得る。
以下、本発明の実施例をより詳細に説明しようとする。
以下、図面らを参照して、本発明の一の実施例に係るポリエチレンテレフタレートバルキー連続フィラメントの製造方法について説明する。図1は、本発明の一の実施例に係るポリエチレンテレフタレートバルキー連続フィラメントを製造するための装置を概略的に示した図面である。
一の実施例に係るポリエチレンテレフタレートバルキー連続フィラメントの製造方法は、ポリエチレンテレフタレートチップを溶融紡糸する工程を含むことができる。
前記ポリエチレンテレフタレートチップは液状重合または固状重合を介して製造されたことが好ましい。この時、前記固状重合は、バッチ(batch)または連続重合の方法を用いることが好ましいが、これに限定されるものではない。より具体的に、前記固状重合は、真空条件下で110〜170℃、4〜6時間で水分を除去するための乾燥を行い、235〜255℃まで4〜6時間にかけて昇温を施し、235〜255℃の範囲で実施することが好ましく、固状重合の時間は20〜30時間であることが好ましい。
前述したように、液状重合または固状重合されたポリエチレンテレフタレートチップを245〜335℃で溶融紡糸して紡糸口金(1)を通過させる。
本発明で基本となるポリエチレンテレフタレート樹脂は、エチレンテレフタレートの反復単位を90モル%以上含有することが好ましい。
選択的に前記ポリエチレンテレフタレートは、エチレングリコール及びテレフタレートジカルボン酸またはこれらの誘導体、そして、一つまたはそれ以上のエステル-形成成分から誘導された少量の単位を共重合体単位として含むことができる。ポリエチレンテレフタレート単位と共重合可能な他のエステル形成成分の例は、1,3-プロパンジオール、1,4-ブタンジオール、1,6-ヘキサンジオールなどのようなグリコールと、テレフタル酸、イソフタル酸、ヘキサヒドロテレフタル酸、スチルベンジカルボン酸、ヒベンゾ酸、アジピン酸、セバシン酸、アゼライン酸のようなジカルボン酸を含む。このように製造されるポリエチレンテレフタレート原糸の繊度は、好ましくは700〜1500デニール(denier)であり、850〜1350デニールであることがより好ましい。また、ポリエチレンテレフタレート原糸の直径は6〜20dpfであることが好ましく、さらに好ましくは10〜15dpfであり得る。
原糸の繊度が700デニール未満であり、直径が6dpf未満であれば、カーペット成形時、生地パイルの直立度が低くなって耐摩耗性、成形復元力及び外観が不良になり、繊度が1500デニールを超過したり、直径が20dpfを超過する場合には、カーペット生地の密度が低くなり、耐摩耗性及び復元力が不良になる。
以降、紡糸されたポリエチレンテレフタレート原糸を冷却させる工程を含むことができる。この時、前記冷却させる工程は、冷却区域(3)において速度0.2〜1.0m/secの空気で冷却させる工程であり得る。冷却温度は、10〜30℃に調節することが好ましく、冷却温度が10℃未満であれば、経済的な側面で不利であり、30℃を超過すると、冷却効果が低下することになる。また、冷却空気の速度が0.2m/sec未満であれば、冷却効果が不十分であり、1.0m/secを超過すると、糸が揺れすぎて紡糸作業性の問題になるため、冷却空気の速度は、0.2〜1.0m/secであることが好ましい。
前記冷却した後、オイリングをするスピンフィニッシュ(spin finish)工程を経るが、フィニッシュアプリケーター(4)において、1次、2次の二工程でニット(neat)タイプ油剤あるいは水溶性油剤を用いてオイリングすることにより、糸の集束力、潤滑性および平滑性を高めてくれる。
以降、供給ローラ(5)から300〜1,200m/minの速度で、好ましくは500〜800m/minの速度でフィラメントを延伸ローラ(6)へ供給し、この時、延伸ローラ(6)は、140〜240℃の温度であり、供給ローラ(5)の速度の2.0〜5.0倍の速度であって、好ましくは2.5〜4.5倍に延伸する。前記延伸速度が2.0倍未満の場合、十分延伸されず、5.0倍を超える場合には、ポリエチレンテレフタレート素材の特性上、延伸に耐えられず糸切れする問題が発生する。
延伸ローラ(6)を通過したフィラメントはバルキー性を付与するためにテクスチャノズル(texturing nozzle)があるテクスチャユニット(7)を通過し、この時、テクスチャユニット(7)の内部で150〜270℃の加熱流体を3〜10kg/cm2の圧力で噴射し、フィラメントが不規則な3次元的へと捲縮されるようにする。
この時、加熱流体の温度は、150〜250℃が好ましく、150℃未満では、テクスチャ効果が低下し、250℃を超過すれば、フィラメントに損傷を招くことになる。また、加熱流体の圧力は3〜10kg/cm2が好ましく、これは3kg/cm2未満ではテクスチャ効果が低下し、10kg/cm2を超過すれば、フィラメントに損傷を招くことになる。
一方、クリンプ率は14%以上、より好ましくは16%以上になるようにすることが好ましい。ポリエチレンテレフタレートは比重が高いため、カーペット単位面積当たりBCFの素材として一般的に使用されるナイロンに比べ原糸の重量が高くなる問題が発生する。このような問題点を改善するために、本発明は、ポリエチレンテレフタレートBCF原糸のクリンプ率を既存の10%のレベルから14%以上、より好ましくは16%以上へと高め、これにより、ボリューム感を改善することができる。また、BCF原糸のクリンプ率を高めれば、原糸自体のバルキー性(bulky)が高くなり、少ない原糸の重量でも豊富な感じの外観とボリューム感を有することができる。
しかし、ポリエチレンテレフタレートは、ナイロンに比べ、重合体がハード(hard)なので、クリンプ率を高めるのが難しい問題点がある。
前述したように、速度が速い延伸ローラ(6)を経った糸はクリンプ(crimp)を付与するテクスチャノズルを経て、後述する弛緩ローラ(9)を経て、最終巻取機にて巻かれることになる。この時、延伸ローラの速度(V1)と弛緩ローラの速度(V2)の差を延伸ローラの速度で割ったものをオーバーフィード(over feed)率とする。このような速度差(over feed率)がクリンプを形成する根源になり、下記の式のように表すことができる。
オーバーフィード率(%)=(V1-V2)/V1×100=熱収縮率(Heat shrinkage)+クリンプ率
前述したように、延伸ローラからテクスチャノズルに供給された糸は高温、高圧の空気によって軟化し、圧縮されてテクスチャノズルの出口から曲がりくねったクリンプ形状を有することになる。したがって、クリンプ率を高めるためには空気の温度と圧力が高い必要があり、特にポリエチレンテレフタレートはナイロンに比べ融点(Tm)が高いのでより高い温度が、必要になる。そして、前記式のようにオーバーフィード率を高めるとクリンプ率を高めることが可能であるが、オーバーフィード率を高めると糸切れが発生し、作業性が不良となるのでオーバーフィード率を高めてクリンプ率を高める方法は、好ましくないし、同一のレベルのオーバーフィード率でクリンプ率を高めるためには、熱収縮率を下げる必要がある。テクスチャユニットを通過することにより、温度が高くなった原糸は十分に冷却される前までには、継続的に収縮が進行されるため、熱収縮率を下げるためには、可能な限り迅速に冷却を行わなければならない。
これにより、本発明は、テクスチャノズルの出口に冷却水または冷却空気で急冷したり、テクスチャノズルの下端部に配置された冷却ドラムを介して空気を吸入して急冷することにより、原糸の熱収縮率を低くしてクリンプ率を高めることを特徴とする。
より具体的には、テクスチャユニット(7)を通過したフィラメントは、冷却区間を経ながら冷却される。前記冷却区間はテクスチャユニットを通過したフィラメントに冷却水または冷却空気で急冷する区間であり得る。この時、前記冷却水及び冷却空気の温度は5〜10℃であり、圧力は3〜10kgfであることが好ましく、前記範囲内で目的とする急冷効果を得ることができ、これによって原糸の熱収縮率を低くしてクリンプ率を14%以上へと高めることができる。
一方、前記冷却区間はテクスチャノズルの下端部に配置された冷却ドラム(8)であり得るし、これを介して空気を吸入し、急冷する区間であり得る。この時、前記冷却ドラム(8)は、テクスチャノズルと1cm未満離隔されるように配置することが好ましく、この場合、目的とする急冷効果を得ることができ、これにより原糸の熱収縮率を低くしてクリンプ率を14%以上へと高めることができる。
冷却された原糸は弛緩ローラ(9)にて延伸ローラ速度の0.65〜0.95倍の速度で通過させ、オーバーフィード率を5〜35%で与えて通過させる。この時、弛緩ローラの速度が延伸ローラ速度の0.65倍未満にすると巻取がされず、0.95倍を超過すると、バルキー性が減少し、原糸の収縮が大きく生じて高い張力を誘発し、作業にも支障を招くことになる。弛緩ローラ(9)を通過した原糸は交絡機(10)を通過することになる。この部分では、糸の集束力を良くするために2.0〜8.0kg/m2の圧力で若干の撚りと結び目を与えることになるが、0〜40回/mの範囲で、好ましくは10〜25回付与する。40回を超過して交絡を与える時は染色、後加工を介しても交絡が解けない状態がそのまま維持され、カーペットの外観を損傷させる。交絡機(10)を通過した原糸は、最終巻取機(11)から巻取することになる。
巻取機の速度は、通常の糸の張力が50〜350gの範囲になるように速度を調節することが好ましい。この時、巻取機にて張力が50g未満であれば巻取が不可能であり、350gを超過すると、バルキー性が減少され、原糸の収縮が大きく生じて高い張力を誘発し、作業にも支障を招くこのになる。
一方、少ない重量の原糸でカーペットカバーリング(Covering)性を高めるために、原糸の断面を三葉形態(Y型断面)で作るが、この断面形態も重要である。断面形態を評価する指数は異形度(modification ratio)として外接円(Y2)と内接円(Y2)の比、即ちY2/Y1である。このような異形度が高すぎると耐摩耗が不利であり、逆に低いと原糸のボリューム感が低くなるため、適切なレベルの異形度を設定する必要があり、断面異形度は1.9〜3.4であることが好ましい。
前記の方法は、ポリエチレンテレフタレート樹脂のみで製造したBCFに関するものであり、カーペット用途による原着糸の製造時の段階別工程は前記と同一である。ただし、原料供給に当たって、ベースチップの投入量に一定量の着色剤を投入して紡糸することによって、原着糸を製造することも可能である。
前記のように、本発明に従って製造されたポリエチレンテレフタレートマルチフィラメントは、後工程を経て、自動車用カーペットとして製造される。本発明のBCF糸で製造されたカーペットは、当業者に公知の任意の方式で製造することができる。図2には、本発明に係る自動車用タフテッドカーペットの具体例が示されている。カーペットは、第1基布(13)によって支持される表糸(Face Yarn)(12)を有する。この時、前記第1基布(13)をバッキング(backing)層としており、前記表糸(12)からなる層を、パイル層とする。消費者が目で見て感触を感じる最も最外層である表糸(12)は、BCF原糸で形成され、第1基布(13)は、ポリエステルまたはポリオレフィンの素材としてスパンボンドや織物の形態の90〜150gsmの重量が好ましい。また、前記表糸(12)を含むパイル層は、重量が180〜700gsmであることが好ましい。第1基布(13)に隣接したものは、表糸(12)を固定してくれるコーティング層(14)であり、これはラテックスまたはアクリルのように、当該分野で通常的に使用される適当な素材である。最後に、カーペットは、自動車内の静粛性を確保するために遮音または吸音性能を付与するための2次コーティング(15)をすることになる。このような2次コーティング(15)は、PEまたはEVAを300〜5000gsm塗布したり、追加の吸音性不織布を付着することも可能である。本発明に係るポリエチレンテレフタレートBCFを使用してカーペットを製造する場合、ナイロンタフテッドカーペットと同一な表糸の原糸重量にもナイロンと同一な外観が発現され、MS343-15規格に沿った耐摩耗が3級以上へと耐摩耗性が向上することができる。
以下、本発明を実施例により詳細に説明すると、次の通りである。但し、下記の実施例は、本発明を例示するものであり、本発明が下記の実施例により限定されるものではない。
[実施例1]
テレフタル酸100重量部に対して、エチレングリコール50重量部を混合して製造したスラリーをエステル化反応器に投入し、250℃にて4時間の間0.5torrの圧力で加圧して水を反応器の外へと流出させながら、エステル化反応を進行させて、ビス(2-ヒドロキシエチル)テレフタレート[bis(2-hydroxyethyl)terephthalate]を製造した。この時、リン系耐熱安定剤をエステル化反応末期に300ppmを入れた。また、エステル化反応後、重合触媒としてアンチモン触媒を重縮合反応の初期に300ppmを入れ、250℃で285℃まで60℃/hrで昇温するとともに、圧力を0.5torrまで減圧して重縮合反応を進行した。前記重合物を固状重合を実施し、液状重合物の粘度を上げる。一般的な固状重合の過程の中、バッチ固状重合機を用いて、真空条件下で140℃にて4時間、水分を除去するための乾燥を進め、235℃まで4時間から6時間にかけて昇温を行い、235度〜245℃の温度の範囲で最終目標の粘土まで固状重合を実施する。
128ホール(Hole)であり、Y型断面を有する紡糸口金を介して製造されたポリエチレンテレフタレート重合体を290℃で溶融紡糸する。紡糸口金を抜け出した重合体は、ノズル下部で0.5m/s、20℃の冷却空気によって冷却された後、油剤供給装置を通過する。油剤を付与された原糸は、90℃の温度に維持される供給ローラを598m/minの速度で経た後、延伸ローラから190℃、2,840m/minの速度で延伸される。延伸ローラを通過した原糸はテクスチャノズルを通過し、クリンプを付与される。この時、ホットエア(Hot air)温度は200℃、圧力は7kg/cm2であり、背圧は5kg/cm2である。以後、テクスチャノズルの出口から下記表1に記載された温度及び圧力の冷却空気に原糸を急速冷却した後、弛緩ローラを2250m/minで通過、21%程度弛緩される。後集束装置で4.0kg/m2の圧力で交絡を20回/m付与した後、ワインディングマシーン(Winding Machine)で巻取される。
[実施例2〜3]
テクスチャノズルの出口で下記表1に記載された温度及び圧力で冷却空気または冷却水で原糸を急速冷却することを除いては、実施例1と同一な過程を経てポリエチレンテレフタレートBCF原糸をそれぞれ製造した。
[実施例4]
テクスチャノズルの出口から冷却空気で原糸を冷却することの代わりに、テクスチャノズル直下1cm以内に配置された冷却ドラムを介して空気を吸入し、急冷することを除いては、実施例1と同一な過程を経てポリエチレンテレフタレートBCF原糸を製造した。
[比較例1]
テクスチャノズルの出口で下記表1に記載された温度及び圧力の冷却空気で原糸を冷却することを除いては、実施例1と同一な過程を経てポリエチレンテレフタレートBCF原糸を製造した。
[比較例2]
ポリエチレンテレフタレート重合体の代わりにナイロンを用いて、テクスチャノズルの出口で下記表1に記載された温度及び圧力の冷却空気で原糸を冷却することを除いては、実施例1と同一な過程を経てナイロンBCF原糸を製造した。
[実験例1]
実施例1〜4及び比較例1〜2でそれぞれ製造したポリエチレンテレフタレートとナイロンBCFのクリンプ率を下記のような方法で測定し、その結果を下記表1に示した。
周りが1mであるリール(reel)に糸を1回巻いてスカイン(skein)を作った。
次の100℃のボイリングウォーター(Boiling Water)に5分間に糸を入れておき、オーブンから糸を取り出し、20分程度コンディショニングさせる。以後,付加荷重(Denier*0.1g)のオモリを吊るし、60秒後にスカインの長さ(L0)を測定し、付加荷重を削除した後、初荷重(Denier*0.01g)のオモリを吊るし、60秒後にスカインの長さ(L1)を測定した後、以下の式によりクリンプ率(%)を算定した。
Figure 0006968106
Figure 0006968106
表1を参照すると、実施例に従って製造したポリエチレンテレフタレートBCFはテクスチャユニットを通過することにより、温度が高くなった原糸をできるだけ迅速に冷却して製造することで、原糸の熱収縮率を下げ、クリンプ率が向上したことがわかる。また、クリンプ率が向上されることによって、原糸自体のバルキー性(bulky)が高くなり、少ない原糸重量にも豊富な感じの外観とボリューム感を持つことができる。
一方、比較例に従って製造されたBCFの場合、テクスチャユニットを通過した原糸を迅速に冷却しなくて温度が高くなり、十分に冷却される前まで継続的に収縮が進み、熱収縮率が高くなるにつれてクリンプ率が低下したことがわかる。
[実施例5〜7及び比較例3〜4]
原糸の異形度(外接円(Y2)と内接円(Y2)の比=Y2/Y1)を下記表2に記載されたように、それぞれ調整したことを除いては、実施例1と同一な過程を介してポリエチレンテレフタレートBCF原糸をそれぞれ製造した後、これを用いてタフテッドカーペットを製造した。それぞれ製造されたタフテッドカーペットの耐摩耗性を下記のように測定し、その結果を下記表2に示した。
関連試験方法規格: ASTM D3884
試験方法:現代自動車MS300-35
試験装備:Taber耐摩耗試験機
試料サイズ:直径130mmの円形試料
試験条件
1)摩耗輪:H-18
2)回転速度:70回/分
3)荷重:1000g
4)回転数:1000回
5)評価方法:外観評価1〜5級(現代自動車MS343-15規格3級以上(3,4,5級))合格
6)評価基準:5級 摩耗が全く見えない、4級 摩耗が若干見えたりほとんど目立たないこと、3級 摩耗が少しあるが見えること、2級 摩耗が若干激しいこと、1級 摩耗がかなり激しいこと
Figure 0006968106
表2を参照すると、本発明によって、断面異形度を1.9〜3.4の範囲で調整する場合(実施例5〜7)、外観のボリューム感と耐摩耗性が優れていることがわかる。一方、前記範囲より低い断面異形度の場合(比較例3)には、原糸のボリューム感が低くなり、前記範囲を超過する場合(比較例4)には、耐摩耗性が低下することがわかる。したがって、本発明によるポリエチレンテレフタレートBCFを用いてカーペットを製造する際、ナイロンと同一な重量の原糸でも外観のボリューム感と耐摩耗品質を向上させることができる。
以上では、本発明の好適な実施例を参照して説明したが、当該技術分野の熟練した当業者または当該技術分野で通常の知識を有する者であれば、後述される特許請求の範囲に記載された本発明の思想及び技術領域から逸脱しない範囲内で、本発明を多様に修正及び変更させることができることを理解できるだろう。
したがって、本発明の技術的範囲は、明細書の詳細な説明に記載された内容に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって定められるべきである。
1:紡糸口金 2:フィラメント
3:冷却区域 4:フィニッシュ
5:供給ローラ 6:延伸ローラ
7:テクスチャユニット 8:冷却ドラム
9:弛緩ローラ 10:交絡機
11:最終巻取機 12:表糸(BCF)
13:1次基布 14:コーティング層
15:2次コーティング層

Claims (2)

  1. 最外層であり、ポリエチレンテレフタレート(PET)バルキー連続フィラメント(BCF)で形成された表糸を含むパイル層;及び
    少なくとも一つ以上のバッキング(Backing)層を含み、
    前記バルキー連続フィラメントは、クリンプ(Crimp)率が14%以上であり、断面異形度の範囲が1.9〜3.4であり、
    前記バルキー連続フィラメントの繊度が700〜1500デニールであり、前記バルキー連続フィラメントの直径が6〜20dpfである、自動車用タフテッドカーペット。
  2. 前記パイル層は重量が180gsm〜700gsmである、請求項1記載の自動車用タフテッドカーペット。
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