JP7474070B2 - 複合材の製造方法、および、複合材 - Google Patents

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Description

本発明は、複合材の製造方法、および、複合材に関する。
繊維基材に樹脂(プラスチック)を複合させた複合材(維強化プラスチック(FRP:Fiber Reinforced Plastics))は、軽量、かつ、高強度である。このため、複合材は、自動車、航空機、および、宇宙分野における構造材料等に利用されている。
複合材は、樹脂が含浸された繊維基材(プリプレグ)を積層させて積層体を形成した後、樹脂を硬化させることで製造される(例えば、特許文献1)。
国際公開第2018/051445号
しかし、異なる樹脂が含侵されたプリプレグ同士を積層する場合、異なる樹脂がそれぞれ含侵された第1繊維基材と第2繊維基材との間に、樹脂の境界が位置することになる。このため、繊維基材間の剥離強度が低くなってしまい、繊維基材間において亀裂が進展してしまったり、層間剥離が生じてしまったりするという問題がある。
本発明は、このような課題に鑑み、繊維基材間の剥離強度を向上させることが可能な複合材の製造方法および複合材を提供することを目的とする。
上記課題を解決するために、本発明の複合材の製造方法は、第1基材を構成する第1繊維基材における第1樹脂が含侵された、第1基材の第1の面上に治具を設置する工程と、2基材を構成する第2繊維基材における樹脂が含浸されていない、第2基材の第2の面を治具上に設置して、第1の面と第2の面とを接触させる工程と、第1繊維基材に含侵された第1樹脂の一部を第2繊維基材に含浸させる工程と、第2基材における第2の面の反対側に位置する第3の面に第2樹脂を供給する工程と、第1樹脂および第2樹脂を硬化させる工程と、治具を引き抜く工程と、を含む。
また、含侵させる工程は、第1の面と第2の面とを接触させた、第1基材および第2基材を、樹脂の溶融温度範囲内に維持する工程を含んでもよい。
また、第1基材は、プリプレグまたは片面タックプリプレグであってもよい。
また、第2基材は、プリフォームまたは片面タックプリプレグであってもよい。
上記課題を解決するために、本発明の複合材は、第1繊維基材と、第1繊維基材の一方の面と接触する、一方の面を有する第2繊維基材と、第2繊維基材の一部および第1繊維基材に充填された第1樹脂と、第2繊維基材に充填され、第1樹脂と接触する第2樹脂と、第1繊維基材と、第2繊維基材との間に形成された中空部と、を備え、第1樹脂と第2樹脂との境界面は、第1繊維基材の一方の面と第2繊維基材の一方の面との接触面よりも第2繊維基材の内側に形成される。
本発明によれば、繊維基材間の剥離強度を向上させることが可能となる。
航空機の概略斜視図である。 航空機の翼の一部を示した縦断面図である。 実施形態の複合材の製造方法の処理の流れを説明するフローチャートである。 実施形態の複合材の製造方法において用いられる複合材製造装置を説明する図である。 複合材の製造方法における第1基材および第2基材を説明する図である。 実施例および比較例の破壊靭性値(モード1)を説明する図である。
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、発明の理解を容易とするための例示にすぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。
図1は、航空機1の概略斜視図である。図1に示すように、航空機1は、主翼3と、水平尾翼5と、垂直尾翼7と(以下、これらを単に翼ともいう)を含む。図2は、航空機1の翼の一部を示した縦断面図である。図2に示すように、航空機1の翼は、外板9と、ストリンガ11とを含む。
外板9は、航空機1の翼の外殻をなす。外板9は、例えば、平板形状である。ストリンガ11は、外板9に取り付けられる。ストリンガ11は、外板9を補強する補強材として機能する。ストリンガ11は、接続部11aと、突起部11bとを含む。接続部11aは、外板9に接続される。突起部11bは、接続部11aに連続し、外板9から離隔する。
突起部11bと外板9との間には、中空部11cが形成される。ストリンガ11は、例えば、ハット型のハットストリンガや、波型のコルゲートストリンガである。図2では、ストリンガ11がハットストリンガである例を示すが、これに限定されず、ストリンガ11は、コルゲートストリンガであってもよい。ここで、コルゲートストリンガは、図2に示すハットストリンガを、図2中、左右方向に複数連続させた形状を有する。外板9およびストリンガ11は、複合材で構成される。
以下、本実施形態にかかる複合材の製造方法、例えば、外板9およびストリンガ11を一体形成する方法について説明する。
[複合材の製造方法]
図3は、本実施形態の複合材の製造方法の処理の流れを説明するフローチャートである。図4は、本実施形態の複合材の製造方法において用いられる複合材製造装置100を説明する図である。
図3に示すように、本実施形態の複合材の製造方法は、接触工程S110と、第1含浸工程S120と、第2含浸工程S130と、硬化工程S140とを含む。本実施形態において、接触工程S110、第1含浸工程S120、第2含浸工程S130、および、硬化工程S140は、複合材製造装置100によって実行される。以下、まず、複合材製造装置100について説明する。
[複合材製造装置100]
本実施形態において、複合材製造装置100は、複合材をVaRTM(Vacuum Resin Transfer Molding)法により製造(成形)する装置である。図4に示すように、複合材製造装置100は、成形型110と、フィルム材112と、シール材114と、治具(中子)116と、樹脂拡散メディア118と、樹脂供給部120と、樹脂排出部130とを備える。
成形型110とフィルム材112との間には、空間Sが形成される。空間Sは、成形型110とフィルム材112との間に配されたシール材114により密閉される。空間S内には、治具116と、樹脂拡散メディア118と、第1基材150および第2基材160とが配される。
第1基材150は、成形型110の上に載置される。第1基材150は、外板9に対応する。治具116は、第1基材150の上に載置される。治具116は、ストリンガ11の突起部11bと外板9との間に形成される中空部11c(図2参照)と大凡等しい外形形状である。治具116は、ストリンガ11の成形後の突起部11b(図2参照)の形状を保持する。したがって、治具116の外形形状は、ストリンガ11の突起部11bの内面形状に形成される。治具116は、図4中、奥行き方向に延在している。
第2基材160は、治具116の上から第1基材150上に載置される。つまり、治具116は、第1基材150と第2基材160との間に配される。第2基材160の一部は、第1基材150に接触する。第2基材160は、ストリンガ11に対応する。第1基材150および第2基材160については後に詳述する。
樹脂拡散メディア118は、第2基材160の上に載置される。樹脂拡散メディア118は、例えば、ポリエチレン等のネットが用いられ、後述する樹脂供給部120から供給された第2樹脂を空間S内に均一に拡散する。
樹脂供給部120および樹脂排出部130は、シール材114により密閉された空間Sに接続される。樹脂供給部120は、樹脂供給タンク122と、配管124と、開閉弁126とを備える。樹脂供給タンク122は、第2樹脂を貯蔵する。配管124は、樹脂供給タンク122とフィルム材112とを接続する。配管124は、フィルム材112に着脱自在に設けられる。開閉弁126は、配管124に設けられる。開閉弁126は、配管124に形成される流路を開閉する。
樹脂排出部130は、真空ポンプ132と、樹脂排出タンク134と、配管136とを備える。真空ポンプ132は、配管136を介して吸入側がフィルム材112に接続される、真空ポンプ132は、吐出側が樹脂排出タンク134に接続される。真空ポンプ132は、空間S内の空気および第2樹脂を吸引する。樹脂排出タンク134は、真空ポンプ132によって吸引された第2樹脂を貯蔵する。配管136は、フィルム材112に着脱自在に設けられる。
続いて、複合材の製造方法の上記各工程について説明する。図5は、複合材の製造方法における第1基材150および第2基材160を説明する図である。図5中、第1樹脂154をハッチングで示し、第2樹脂170をクロスハッチングで示す。
[接触工程S110]
接触工程S110では、まず、第1基材150が成形型110上に載置される。そして、第1基材150上に治具116が配された後、治具116上に第2基材160が載置される。つまり、第1基材150と第2基材160との間に、所定の間隔をあけて治具116が配される。
そうすると、図5(a)に示すように、第1基材150の上面150a(第1の面)と、第2基材160の下面160a(第2の面)とが接触する箇所が生じる。つまり、接触工程S110は、第1基材150の上面150aと、第2基材160の下面160aとを接触させる工程である。
第1基材150は、第1繊維基材152と、第1樹脂154(第1樹脂)とを含む。本実施形態において、第1基材150は、第1繊維基材152全域に亘って第1樹脂154が含侵されたプリプレグである。
第2基材160は、第2繊維基材162を含む。本実施形態において、第2基材160は、第2繊維基材162のみで構成されるプリフォームである。換言すれば、第2基材160は、樹脂が含侵されていない第2繊維基材162である。
第1繊維基材152および第2繊維基材162は、炭素繊維、ガラス繊維、ボロン繊維、アラミド繊維、および、ポリアリレート繊維(例えば、ベクトラン(登録商標)繊維)のうち、いずれか1または複数で構成される。なお、第1繊維基材152と、第2繊維基材162とは、同一の繊維で構成されてもよいし、異なる繊維で構成されてもよい。
第1樹脂154は、熱硬化性樹脂または熱可塑性樹脂である。
熱硬化性樹脂は、例えば、フェノール樹脂(PF)、エポキシ樹脂(EP)、メラミン樹脂(MF)、尿素樹脂(UF)、不飽和ポリエステル樹脂(UP)、アルキド樹脂、ポリウレタン(PUR)、熱硬化性ポリイミド(PI)、ベンゾオキサジン、および、ポリビスマレイミド(BMI)のうち、いずれか1または複数である。
熱可塑性樹脂は、例えば、ポリフェニレンスルファイド(PPS)、プリテトラフルオロエチレン、ポリサルフォン(PSF)、ポリエーテルサルフォン(PES)、非晶ポリアリレート(PAR)、液晶ポリマー(LCP)、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)、熱可塑性ポリイミド(PI)、ポリアミドイミド(PAI)、ポリアミド(PA)、ナイロン、ポリアセタール(POM)、ポリカーボネート(PC)、変性ポリフェニレンエーテル(変性PPE)、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリブチレンテレフタレート(PBT)、環状ポリオレフィン(COP)、ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)、ポリ塩化ビニル(PVC)、ポリ塩化ビニリデン、ポリスチレン(PS)、ポリ酢酸ビニル(PVAc)、ポリウレタン(PUR)、ABS樹脂、AS樹脂、アクリル樹脂(PMMA)、および、ポリエーテルケトンケトン(PEKK)のうち、いずれか1または複数である。
[第1含浸工程S120]
第1含浸工程S120は、第1繊維基材152に含侵された第1樹脂154の一部を第2繊維基材162に含浸させる工程である。本実施形態では、まず、第2繊維基材162上に樹脂拡散メディア118が載置され、樹脂拡散メディア118の上にフィルム材112が被せられる。そして、第1基材150、第2基材160、および、樹脂拡散メディア118の周囲を囲うように、フィルム材112と成形型110との間にシール材114が設けられる。これにより、フィルム材112と成形型110との間に密閉された空間Sが形成され、空間S内に、第1基材150、第2基材160、治具116、および、樹脂拡散メディア118が収容される。その後、樹脂供給部120の配管124、および、樹脂排出部130の配管136がフィルム材112接続される。なお、この際、開閉弁126は閉弁される。
そして、不図示の加熱装置は、空間S内を所定の溶融温度範囲内まで昇温し、第1基材150および第2基材160を、第1樹脂154の溶融温度範囲内に維持する。溶融温度範囲は、第1樹脂154が溶融する温度を含む所定の温度範囲である。第1樹脂154が溶融したら、真空ポンプ132を駆動させる。
そうすると、毛細管現象および真空ポンプ132の吸引によって、図5(b)に示すように、第1基材150の第1樹脂154の一部が第2繊維基材162に含侵される。なお、第1含浸工程S120を実行した後、第1繊維基材152の一方の面152a(上面)と、第2繊維基材162の一方の面(第2基材160の下面160a)とが接触し、第1樹脂154の界面154aは、第2繊維基材162内に形成される。
[第2含浸工程S130]
第2含浸工程S130は、第2樹脂170を第2繊維基材162に含侵する工程である。本実施形態の第2含浸工程S130では、真空ポンプ132の駆動を維持したまま、開閉弁126が開弁される。そうすると、樹脂供給タンク122内に貯蔵された第2樹脂170が空間S内に供給される。
第2樹脂170は、第1樹脂154が熱硬化性樹脂である場合、熱硬化性樹脂である。また、第2樹脂170は、第1樹脂154が熱可塑性樹脂である場合、熱可塑性樹脂である。なお、第2樹脂170の種類は、第1樹脂154と同一であってもよいし、第1樹脂154と異なってもよい。
空間S内に供給された第2樹脂170は、樹脂拡散メディア118によって第2繊維基材162の上面全面に拡散される。樹脂拡散メディア118によって拡散された第2樹脂170は、図5(c)に示すように、第2基材160の第2繊維基材162に含侵される。そして、第2樹脂170は、第2繊維基材162内を鉛直下方に移動し、第1樹脂154の界面154aに接触する。つまり、第2含浸工程S130を実行することにより、第2繊維基材162における第1樹脂154が含侵されていない箇所に第2樹脂170が含侵される。
なお、樹脂供給部120によって供給された第2樹脂170のうち、第2基材160に含侵されなかった余剰分の第2樹脂170は、樹脂排出部130の樹脂排出タンク134に排出される。
[硬化工程S140]
硬化工程S140は、第1樹脂154および第2樹脂170を硬化させる工程である。例えば、第1樹脂154および第2樹脂170が熱硬化性樹脂である場合、不図示の加熱装置は、空間S内を所定の硬化温度まで昇温し、空間S内を硬化温度に維持する。硬化温度は、第1樹脂154および第2樹脂170が硬化する温度である。
硬化工程S140を実行することにより、図5(c)に示す、第1繊維基材152と、第1繊維基材152の一方の面152aと接触する一方の面(下面160a)を有する第2繊維基材162と、第2繊維基材162の一部および第1繊維基材152に連続して充填された第1樹脂154と、第2繊維基材162に充填され、第1樹脂154と接触する第2樹脂170と、を備え、第1樹脂154と第2樹脂170との境界面(界面154a)は、第1繊維基材152の一方の面152aと第2繊維基材162の一方の面(下面160a)との接触面よりも第2繊維基材162の内側に形成される複合材200が製造される。
つまり、外板9およびストリンガ11が一体的に形成される。このとき、治具116により、ストリンガ11の突起部11bが形成される。
外板9およびストリンガ11が形成された後、治具116は、外板9とストリンガ11の間から引き抜かれる。これにより、図2に示すように、外板9とストリンガ11の突起部11bとの間には、中空部11cが形成される。
以上説明したように、本実施形態にかかる複合材の製造方法によれば、第1基材150を構成する第1繊維基材152と、第2基材160を構成する第2繊維基材162との接触面(境界面)と、第1樹脂154と第2樹脂170との接触面(境界面)とを異ならせることができる。したがって、第1基材150と第2基材160との間、つまり、第1繊維基材152と第2繊維基材162との間の剥離強度を向上させることが可能となる。
これにより、プリプレグを積層して形成した従来の複合材とは異なり、第1基材150および第2基材160をファスナ等で締結せずとも、第1繊維基材152と第2繊維基材162との間における亀裂の進展、および、層間剥離を抑制することができる。
[実施例]
実施例として、炭素繊維(第1繊維基材152)にエポキシ樹脂A(第1樹脂154)が含侵されたプリプレグ(第1基材150)と、炭素繊維(第2繊維基材162)で構成されたプリフォーム(第2基材160)とを用い、接触工程S110、第1含浸工程S120、第2含浸工程S130、硬化工程S140を実行し、複合材200を製造した。なお、第2含浸工程S130でプリフォームの炭素繊維に含侵させる第2樹脂170としてエポキシ樹脂Bを用いた。
一方、比較例として、炭素繊維(第1繊維基材152)にエポキシ樹脂A(第1樹脂154)が含侵されたプリプレグ(第1基材150)と、炭素繊維にエポキシ樹脂Bが含侵されたプリプレグとを積層し、複合材を製造した。
そして、実施例および比較例に対し、破壊靭性値(モード1)[J/m]を測定した。図6は、実施例および比較例の破壊靭性値(モード1)を説明する図である。図6中、実施例を白で示し、比較例を黒で示す。図6に示すように、実施例の破壊靭性値(モード1)は、比較例よりも2倍以上大きいことが分かった。
以上の結果から、上記複合材200および複合材200の製造方法は、プリプレグを積層して形成した従来の複合材と比較して、繊維基材間の剥離強度を向上させることができることが確認された。
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
例えば、上記実施形態では、第1基材150がプリプレグである場合を例に挙げた。しかし、第1基材150は、第1繊維基材152の一方の面にのみ第1樹脂154が含侵された片面タックプリプレグであってもよい。同様に、上記実施形態では、第2基材160がプリフォームである場合を例に挙げた。しかし、第2基材160は、第2繊維基材162の一方の面にのみ樹脂が含侵された片面タックプリプレグであってもよい。この場合、接触工程S110は、第1基材150を構成する第1繊維基材152における第1樹脂154が含侵された第1の面と、第2基材160を構成する第2繊維基材162における樹脂が含浸されていない第2の面とを接触させる。
また、上記実施形態の接触工程S110において、第1基材150の上に第2基材160を載置する場合を例に挙げた。しかし、第1基材150を構成する第1繊維基材152における第1樹脂154が含侵された第1の面と、第2基材160を構成する第2繊維基材162における樹脂が含浸されていない第2の面とを接触させることができれば、第1基材150と第2基材160の位置関係に限定はない。例えば、接触工程S110において、第2基材160の上に第1基材150を載置してもよい。
また、上記実施形態の第1含浸工程S120において、第1基材150および第2基材160を真空下に配する場合を例に挙げた。しかし、第1含浸工程S120は、接触工程S110を実行した後、第1基材150および第2基材160を溶融温度に維持しさえすればよい。また、第1基材150および第2基材160を溶融温度に維持した後、加圧してもよい。
また、上記実施形態の硬化工程S140において、第1基材150および第2基材160を硬化温度まで加熱する場合を例に挙げた。しかし、第1樹脂154および第2樹脂170が熱可塑性樹脂である場合、硬化工程S140は、第1基材150および第2基材160を硬化温度まで冷却するとよい。
また、上記実施形態において、第1繊維基材152と、第1繊維基材152の一方の面152aと接触する一方の面(下面160a)を有する第2繊維基材162と、第2繊維基材162の一部および第1繊維基材152に連続して充填された第1樹脂154と、第2繊維基材162に充填され、第1樹脂154と接触する第2樹脂170と、を備え、第1樹脂154と第2樹脂170との境界面(界面154a)は、第1繊維基材152の一方の面152aと第2繊維基材162の一方の面(下面160a)との接触面よりも第2繊維基材162の内側に形成される複合材200が製造される場合を例に挙げた。しかし、複合材200において、第1樹脂154は、第2繊維基材162の一部および第1繊維基材152に充填されていればよい。
また、上記実施形態において、VaRTM法により複合材200を製造する場合を例に挙げた。しかし、複合材200の製造方法に限定はない。例えば、RTM(Resin Transfer Molding)法、RFI(Resin Film infusion)法、ウェットレイアップ法等によって複合材200を製造してもよい。
また、上記実施形態において、第1繊維基材152および第2繊維基材162が樹脂で構成される場合を例に挙げた。しかし、第1繊維基材152および第2繊維基材162のいずれか一方または両方は、金属で構成されてもよい。
また、上記実施形態において、第1基材150が、第1繊維基材152に第1樹脂154が含侵されたものである場合を例に挙げた。しかし、第1基材150は、第1繊維基材152に、樹脂以外の流動体が含侵されたものであってもよい。流動体は、何らかの処理を施すことで固体(または固形物)となるものである。流動体は、例えば、金属、コンクリートであってもよい。同様に、第2含浸工程S130において、第2樹脂170に代えて、流動体を第2繊維基材162に含侵してもよい。
本発明は、複合材の製造方法、および、複合材に利用することができる。
S110 接触工程
S120 第1含浸工程
150 第1基材
150a 上面(第1の面)
152 第1繊維基材
152a 面(一方の面)
154 第1樹脂(樹脂)
160 第2基材
160a 下面(第2の面、一方の面)
162 第2繊維基材
170 第2樹脂
200 複合材

Claims (5)

  1. 第1基材を構成する第1繊維基材における第1樹脂が含侵された、前記第1基材の第1の面上に治具を設置する工程と、
    2基材を構成する第2繊維基材における樹脂が含浸されていない、前記第2基材の第2の面を前記治具上に設置して、前記第1の面と前記第2の面とを接触させる工程と、
    前記第1繊維基材に含侵された前記第1樹脂の一部を前記第2繊維基材に含浸させる工程と、
    前記第2基材における前記第2の面の反対側に位置する第3の面に第2樹脂を供給する工程と、
    前記第1樹脂および前記第2樹脂を硬化させる工程と、
    前記治具を引き抜く工程と、
    を含む複合材の製造方法。
  2. 前記含侵させる工程は、前記第1の面と前記第2の面とを接触させた、前記第1基材および前記第2基材を、前記樹脂の溶融温度範囲内に維持する工程を含む請求項1に記載の複合材の製造方法。
  3. 前記第1基材は、プリプレグまたは片面タックプリプレグである請求項1または2に記載の複合材の製造方法。
  4. 前記第2基材は、プリフォームまたは片面タックプリプレグである請求項1から3のいずれか1項に記載の複合材の製造方法。
  5. 第1繊維基材と、
    前記第1繊維基材の一方の面と接触する、一方の面を有する第2繊維基材と、
    前記第2繊維基材の一部および前記第1繊維基材に充填された第1樹脂と、
    前記第2繊維基材に充填され、前記第1樹脂と接触する第2樹脂と、
    前記第1繊維基材と、前記第2繊維基材との間に形成された中空部と、
    を備え、
    前記第1樹脂と前記第2樹脂との境界面は、前記第1繊維基材の一方の面と前記第2繊維基材の一方の面との接触面よりも前記第2繊維基材の内側に形成される複合材。
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Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008529849A (ja) 2005-02-21 2008-08-07 エアバス・ドイチュラント・ゲーエムベーハー 繊維複合材料構造要素および繊維複合材料構造要素を製造する方法

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5190802A (en) * 1989-01-06 1993-03-02 Pilato Louis A Ballistic resistant laminate
US5217766A (en) * 1990-09-06 1993-06-08 United Technologies Corporation Stabilized complex composite preforms
CA2056034C (en) * 1990-11-29 2001-04-17 Toshihiro Hattori Prepregs, process for producing the same and laminates produced with the same
JP3894035B2 (ja) * 2001-07-04 2007-03-14 東レ株式会社 炭素繊維強化基材、それからなるプリフォームおよび複合材料
DK2340160T3 (en) * 2008-10-08 2019-02-18 Vestas Wind Sys As A PROCEDURE FOR THE PREPARATION OF A POLYMER COMPOSITION ELEMENT USING TWO OR MORE RESIN
US20160040651A1 (en) * 2014-08-07 2016-02-11 General Electric Company Methods of manufacturing rotor blades of a wind turbine
WO2018051445A1 (ja) 2016-09-14 2018-03-22 日産自動車株式会社 複合材料の成形方法および複合材料

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008529849A (ja) 2005-02-21 2008-08-07 エアバス・ドイチュラント・ゲーエムベーハー 繊維複合材料構造要素および繊維複合材料構造要素を製造する方法

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