JPH07216104A - 長繊維強化樹脂構造物の製造方法 - Google Patents
長繊維強化樹脂構造物の製造方法Info
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- JPH07216104A JPH07216104A JP6023809A JP2380994A JPH07216104A JP H07216104 A JPH07216104 A JP H07216104A JP 6023809 A JP6023809 A JP 6023809A JP 2380994 A JP2380994 A JP 2380994A JP H07216104 A JPH07216104 A JP H07216104A
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- B29C48/03—Extrusion moulding, i.e. expressing the moulding material through a die or nozzle which imparts the desired form; Apparatus therefor characterised by the shape of the extruded material at extrusion
- B29C48/07—Flat, e.g. panels
Abstract
(57)【要約】
【目的】 含浸工程でマトリックス樹脂が均一に含浸さ
れ、従って含浸工程の操業性や生産効率が改善され、ま
た得られる長繊維強化樹脂構造物の機械的特性、外観、
あるいは繊維フィラメントの脱落などが防止された長繊
維強化樹脂構造物の製造方法を提供する。 【構成】 開繊工程で連続繊維束を開繊し、次いで含浸
工程で開繊連続繊維束へ溶融樹脂を含浸させる長繊維強
化樹脂構造物の製造方法において、前記開繊連続繊維束
の次式（Ｉ）で与えられる開繊指標Ｓが２．０〜１８．
０の範囲にあることを特徴とする長繊維強化樹脂構造物
の製造方法。 【数１】
れ、従って含浸工程の操業性や生産効率が改善され、ま
た得られる長繊維強化樹脂構造物の機械的特性、外観、
あるいは繊維フィラメントの脱落などが防止された長繊
維強化樹脂構造物の製造方法を提供する。 【構成】 開繊工程で連続繊維束を開繊し、次いで含浸
工程で開繊連続繊維束へ溶融樹脂を含浸させる長繊維強
化樹脂構造物の製造方法において、前記開繊連続繊維束
の次式（Ｉ）で与えられる開繊指標Ｓが２．０〜１８．
０の範囲にあることを特徴とする長繊維強化樹脂構造物
の製造方法。 【数１】
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、長繊維で強化された樹
脂構造物を製造する方法に関する。さらに詳しくは、開
繊連続繊維束の開繊程度を特定することにより溶融樹脂
の含浸性が改善された長繊維強化樹脂構造物の製造方法
に関する。
脂構造物を製造する方法に関する。さらに詳しくは、開
繊連続繊維束の開繊程度を特定することにより溶融樹脂
の含浸性が改善された長繊維強化樹脂構造物の製造方法
に関する。
【０００２】
【従来の技術】熱可塑性樹脂を連続繊維で補強した長尺
の繊維強化樹脂構造物は、短繊維で補強されたものに比
べてはるかに優れた力学的物性を有し、またこれを切断
してペレット状等の成形材料とすることもできるなどの
利点があるため、近年、特に期待されている。かかる長
尺の繊維強化熱可塑性樹脂構造物は一般に連続した強化
用繊維束をクロスヘッド押出機に通して引きながら熱可
塑性樹脂を含浸した後、ダイを通して引き抜いたり（Ｕ
ＳＰ３，９９３，７２６号明細書）、連続した強化用繊
維束を引きながら溶融熱可塑性樹脂に浸漬して濡らした
後、ダイを通して引き抜いたり（特開昭５７−１８１８
５２号公報）する、いわゆるプルトルージョン法によっ
て製造されており、所望により任意の長さに切断され
る。
の繊維強化樹脂構造物は、短繊維で補強されたものに比
べてはるかに優れた力学的物性を有し、またこれを切断
してペレット状等の成形材料とすることもできるなどの
利点があるため、近年、特に期待されている。かかる長
尺の繊維強化熱可塑性樹脂構造物は一般に連続した強化
用繊維束をクロスヘッド押出機に通して引きながら熱可
塑性樹脂を含浸した後、ダイを通して引き抜いたり（Ｕ
ＳＰ３，９９３，７２６号明細書）、連続した強化用繊
維束を引きながら溶融熱可塑性樹脂に浸漬して濡らした
後、ダイを通して引き抜いたり（特開昭５７−１８１８
５２号公報）する、いわゆるプルトルージョン法によっ
て製造されており、所望により任意の長さに切断され
る。
【０００３】一方、熱硬化性樹脂を用い、これを連続繊
維で強化した構造物もガラスロービング等の繊維に未硬
化樹脂を被覆した後、張力を加えながら回転する枠に巻
き付けた後に硬化させるいわゆるフィラメントワインデ
ィング法や、半硬化状態のプリプレグにするプリフォー
ミング法、更に異形断面に成形した後完全硬化させるプ
ルトルージョン法など特殊な方法で種々の強化物が製造
されている。
維で強化した構造物もガラスロービング等の繊維に未硬
化樹脂を被覆した後、張力を加えながら回転する枠に巻
き付けた後に硬化させるいわゆるフィラメントワインデ
ィング法や、半硬化状態のプリプレグにするプリフォー
ミング法、更に異形断面に成形した後完全硬化させるプ
ルトルージョン法など特殊な方法で種々の強化物が製造
されている。
【０００４】かかる長繊維強化樹脂構造物の製造におい
て、熱可塑性樹脂あるいは熱硬化性樹脂のいずれを用い
た場合にも、連続補強繊維束にマトリックス樹脂を均一
に含浸させることは、製造工程の安定のため必要である
上、得られる長繊維強化樹脂構造物の機械的な特性はも
ちろんのこと、製品の外観上からも、あるいは製品から
繊維フィラメントの脱落を防止する上からも重要であ
る。
て、熱可塑性樹脂あるいは熱硬化性樹脂のいずれを用い
た場合にも、連続補強繊維束にマトリックス樹脂を均一
に含浸させることは、製造工程の安定のため必要である
上、得られる長繊維強化樹脂構造物の機械的な特性はも
ちろんのこと、製品の外観上からも、あるいは製品から
繊維フィラメントの脱落を防止する上からも重要であ
る。
【０００５】このため、一般には集束された繊維束を張
力下テンションバーあるいはロールを通過させることに
より開繊して溶融状態あるいは液状の樹脂を含浸させる
方法がとられる。しかし、連続繊維束の開繊程度につい
ては均一な含浸と何らかの関係が予想されるものの、用
いる連続繊維の繊維径やテックス数が異なると含浸性が
変化し、均一な含浸を達成することが困難であった。
力下テンションバーあるいはロールを通過させることに
より開繊して溶融状態あるいは液状の樹脂を含浸させる
方法がとられる。しかし、連続繊維束の開繊程度につい
ては均一な含浸と何らかの関係が予想されるものの、用
いる連続繊維の繊維径やテックス数が異なると含浸性が
変化し、均一な含浸を達成することが困難であった。
【０００６】
【本発明が解決しようとする課題】本発明者らは、この
ような事情に鑑みて、開繊連続繊維束への溶融樹脂を含
浸させる際の繊維束の最適な開繊程度について鋭意した
ところ、開繊連続繊維の開繊指標値が特定範囲内にある
ことが特に重要であることを見い出し、本発明を完成す
るに至った。
ような事情に鑑みて、開繊連続繊維束への溶融樹脂を含
浸させる際の繊維束の最適な開繊程度について鋭意した
ところ、開繊連続繊維の開繊指標値が特定範囲内にある
ことが特に重要であることを見い出し、本発明を完成す
るに至った。
【０００７】
【課題を解決するための手段】すなわち本発明は、開繊
工程で連続繊維束を開繊し、次いで含浸工程で開繊連続
繊維束へ溶融樹脂を含浸させる長繊維強化樹脂構造物の
製造方法において、前記開繊連続繊維束の次式（Ｉ）で
与えられる開繊指標Ｓが２．０〜１８．０の範囲にある
ことを特徴とする長繊維強化樹脂構造物の製造方法に関
する。
工程で連続繊維束を開繊し、次いで含浸工程で開繊連続
繊維束へ溶融樹脂を含浸させる長繊維強化樹脂構造物の
製造方法において、前記開繊連続繊維束の次式（Ｉ）で
与えられる開繊指標Ｓが２．０〜１８．０の範囲にある
ことを特徴とする長繊維強化樹脂構造物の製造方法に関
する。
【０００８】
【数２】
【０００９】また前記製造方法において、前記開繊がロ
ールバー、静電気またはエアーブロー（エアージェッ
ト）によることが好ましく、また開繊連続繊維束が実質
的に撚りがないことが好ましく、また前記溶融樹脂の含
浸がクロスヘッドダイによるものであることが好まし
い。さらに複数の連続繊維束を整列させながら、開繊手
段により各繊維束を開繊し、溶融した熱可塑性樹脂を含
浸させ、絞り手段により過剰量の樹脂を絞りながら繊維
束を連続的に引き取ることが好ましい。以下、本発明に
ついて詳細に説明する。
ールバー、静電気またはエアーブロー（エアージェッ
ト）によることが好ましく、また開繊連続繊維束が実質
的に撚りがないことが好ましく、また前記溶融樹脂の含
浸がクロスヘッドダイによるものであることが好まし
い。さらに複数の連続繊維束を整列させながら、開繊手
段により各繊維束を開繊し、溶融した熱可塑性樹脂を含
浸させ、絞り手段により過剰量の樹脂を絞りながら繊維
束を連続的に引き取ることが好ましい。以下、本発明に
ついて詳細に説明する。
【００１０】
【作用】本発明の長繊維強化樹脂構造物を製造するため
に使用できる工程例の概略図を図１に示す。図１におい
て、１はロービングから取り出された繊維束である。こ
れは、特に撚りが無い繊維束であることが好ましい。な
お繊維束は１本でもよいが、通常複数を整列させながら
同時に開繊することが好ましい。２はロールバー、３は
溶融熱可塑性樹脂を供給する押出機、４は繊維束１に溶
融熱可塑性樹脂を含浸させるクロスヘッドダイ、５は熱
可塑性樹脂が含浸された繊維束である。
に使用できる工程例の概略図を図１に示す。図１におい
て、１はロービングから取り出された繊維束である。こ
れは、特に撚りが無い繊維束であることが好ましい。な
お繊維束は１本でもよいが、通常複数を整列させながら
同時に開繊することが好ましい。２はロールバー、３は
溶融熱可塑性樹脂を供給する押出機、４は繊維束１に溶
融熱可塑性樹脂を含浸させるクロスヘッドダイ、５は熱
可塑性樹脂が含浸された繊維束である。
【００１１】ここで用いられる繊維束の繊維の種類とし
ては、特に制約はなく、例えばガラス繊維、炭素繊維、
金属繊維、芳香族ポリアミド繊維等の高融点繊維等がい
ずれも使用できる。これらの繊維は、通常公知の表面処
理剤（集束剤）で処理したものが使用されるが、これに
限定されない。これらの繊維の中では、得られる長繊維
強化樹脂構造物の強度や価格などを考慮すると、ガラス
繊維であることが好ましい。
ては、特に制約はなく、例えばガラス繊維、炭素繊維、
金属繊維、芳香族ポリアミド繊維等の高融点繊維等がい
ずれも使用できる。これらの繊維は、通常公知の表面処
理剤（集束剤）で処理したものが使用されるが、これに
限定されない。これらの繊維の中では、得られる長繊維
強化樹脂構造物の強度や価格などを考慮すると、ガラス
繊維であることが好ましい。
【００１２】また本発明で使用する連続繊維束のテック
ス数としては４４００〜１２０、好ましくは２２００〜
７４０の範囲である。
ス数としては４４００〜１２０、好ましくは２２００〜
７４０の範囲である。
【００１３】繊維束１は、ロールバー２による開繊工程
により開繊される。図１ではロールバーを用いている
が、この他の開繊手段、例えば静電気、エアーブロー
（エアージェット）、ウオータージェット、テンション
バー、ニードルパンチなどを用いてもよい。
により開繊される。図１ではロールバーを用いている
が、この他の開繊手段、例えば静電気、エアーブロー
（エアージェット）、ウオータージェット、テンション
バー、ニードルパンチなどを用いてもよい。
【００１４】本発明の特徴は、開繊された連続繊維束の
次式（Ｉ）で与えられる開繊指標Ｓが２．０〜１８．０
の範囲にあること、好ましくは２．３〜１１．０の範囲
にあることである。式中、Ｔは連続繊維束のテックス数
を表し、Ｒは連続繊維の繊維径（μｍ）を表し、Ｌは連
続繊維束の幅（ｃｍ）を表す。
次式（Ｉ）で与えられる開繊指標Ｓが２．０〜１８．０
の範囲にあること、好ましくは２．３〜１１．０の範囲
にあることである。式中、Ｔは連続繊維束のテックス数
を表し、Ｒは連続繊維の繊維径（μｍ）を表し、Ｌは連
続繊維束の幅（ｃｍ）を表す。
【００１５】
【数３】
【００１６】開繊連続繊維束の開繊指標Ｓが上記上限値
１８．０を越えると、連続繊維束への溶融樹脂の含浸性
が悪化するようになる。一方開繊指標Ｓが上記下限値
２．０を下回ると、開繊連続繊維束の幅方向の各繊維に
かかるテンションムラが大きくなり、繊維が切断されや
すくなるため、含浸工程の操業性（トラブル発生）や生
産効率が悪くなる。開繊指標Ｓが上記範囲内になるよう
にするには、ロールバーなどの開繊手段における開繊条
件を強化あるいは低減すれば容易に達成できる。
１８．０を越えると、連続繊維束への溶融樹脂の含浸性
が悪化するようになる。一方開繊指標Ｓが上記下限値
２．０を下回ると、開繊連続繊維束の幅方向の各繊維に
かかるテンションムラが大きくなり、繊維が切断されや
すくなるため、含浸工程の操業性（トラブル発生）や生
産効率が悪くなる。開繊指標Ｓが上記範囲内になるよう
にするには、ロールバーなどの開繊手段における開繊条
件を強化あるいは低減すれば容易に達成できる。
【００１７】本発明の含浸工程に採用される含浸法とし
てはとくに制限はなく、クロスヘッドダイ等の含浸ダイ
を用いる方法、含浸槽を用いる方法等公知の含浸方法が
いずれも採用可能である。中でもクロスヘッドダイ等の
含浸ダイを用いる方法に適用することが好ましい。
てはとくに制限はなく、クロスヘッドダイ等の含浸ダイ
を用いる方法、含浸槽を用いる方法等公知の含浸方法が
いずれも採用可能である。中でもクロスヘッドダイ等の
含浸ダイを用いる方法に適用することが好ましい。
【００１８】本発明において、前記含浸に用いられる樹
脂としては熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂のいずれも使用
可能であり、熱可塑性樹脂としては例えばポリエチレ
ン、ポリプロピレン等のポリオレフィン、ポリエチレン
テレフタレートやポリブチレンテレフタレート等のポリ
エステル、ナイロン６、ナイロン６６、ナイロン１１、
ナイロン１２、ナイロン６１０、ナイロン６１２等のポ
リアミド、ポリアセタール、ポリカーボネート、熱可塑
性ポリウレタン、ポリフェニレンサルファイド、ポリフ
ェニレンオキサイド、ポリスルホン、ポリエーテルケト
ン、ポリエーテルアミド、ポリエーテルイミド等のその
他の熱可塑性樹脂およびこれらの組み合わせが使用でき
る。また熱硬化性樹脂としては、例えば不飽和ポリエス
テル、エポキシ樹脂、熱硬化性ポリウレタン等、あるい
はこれらのプレポリマー等が挙げられる。特に得られる
長繊維強化樹脂構造物を用いる成形加工が容易な点で熱
可塑性樹脂を用いて含浸したものが好ましい。
脂としては熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂のいずれも使用
可能であり、熱可塑性樹脂としては例えばポリエチレ
ン、ポリプロピレン等のポリオレフィン、ポリエチレン
テレフタレートやポリブチレンテレフタレート等のポリ
エステル、ナイロン６、ナイロン６６、ナイロン１１、
ナイロン１２、ナイロン６１０、ナイロン６１２等のポ
リアミド、ポリアセタール、ポリカーボネート、熱可塑
性ポリウレタン、ポリフェニレンサルファイド、ポリフ
ェニレンオキサイド、ポリスルホン、ポリエーテルケト
ン、ポリエーテルアミド、ポリエーテルイミド等のその
他の熱可塑性樹脂およびこれらの組み合わせが使用でき
る。また熱硬化性樹脂としては、例えば不飽和ポリエス
テル、エポキシ樹脂、熱硬化性ポリウレタン等、あるい
はこれらのプレポリマー等が挙げられる。特に得られる
長繊維強化樹脂構造物を用いる成形加工が容易な点で熱
可塑性樹脂を用いて含浸したものが好ましい。
【００１９】クロスヘッドダイ４により溶融熱可塑性樹
脂が含浸された連続繊維束は、引取手段（図示しない）
により後方から引きながら、通常賦形ダイ（図示しな
い）等の絞り手段に通すことにより過剰量の熱可塑性樹
脂を絞りながら所望の形状、例えばストランド、棒状、
リボン状、テープ状、シート状、板状、あるいは特殊形
状等に整えられ、引取ロールを用いて引き取られる。引
き取られた長繊維強化樹脂構造物は、そのままの形で、
あるいは任意の長さに切断して、例えばペレット等とし
て、成形あるいは他の加工に供することができる。
脂が含浸された連続繊維束は、引取手段（図示しない）
により後方から引きながら、通常賦形ダイ（図示しな
い）等の絞り手段に通すことにより過剰量の熱可塑性樹
脂を絞りながら所望の形状、例えばストランド、棒状、
リボン状、テープ状、シート状、板状、あるいは特殊形
状等に整えられ、引取ロールを用いて引き取られる。引
き取られた長繊維強化樹脂構造物は、そのままの形で、
あるいは任意の長さに切断して、例えばペレット等とし
て、成形あるいは他の加工に供することができる。
【００２０】上記のようにして得られる長繊維強化樹脂
構造物の組成、例えば繊維の含有量については特に制約
はないが、得られる構造物の諸物性の面から、２０〜８
０重量％（構造物中）が好ましく、特に好ましくは３０
〜７０重量％である。
構造物の組成、例えば繊維の含有量については特に制約
はないが、得られる構造物の諸物性の面から、２０〜８
０重量％（構造物中）が好ましく、特に好ましくは３０
〜７０重量％である。
【００２１】また、本発明によって得られる長繊維強化
樹脂構造物には目的に応じて、一般に樹脂に添加される
各種の添加物、例えば酸化防止剤、紫外線吸収剤、帯電
防止剤、浸滑剤、可塑剤、離型剤、難燃剤、難燃焼助
剤、結晶化促進剤、着色剤、無機充填材や有機充填材等
を配合することもできる。
樹脂構造物には目的に応じて、一般に樹脂に添加される
各種の添加物、例えば酸化防止剤、紫外線吸収剤、帯電
防止剤、浸滑剤、可塑剤、離型剤、難燃剤、難燃焼助
剤、結晶化促進剤、着色剤、無機充填材や有機充填材等
を配合することもできる。
【００２２】
【実施例】以下実施例により本発明を更に具体的に説明
するが、本発明はこれに限定されるものではない。
するが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００２３】（実施例１）２２００テックスのガラス繊
維束（円筒状繊維束）を１０個の円筒状ロールから取り
出し、それを図１に示す様に整列させて、図１に示す装
置で、まずロールバーにより開繊指標Ｓが２．３になる
ようにロールバーのテンションを調節して開繊し、次い
でクロスヘッドダイによる溶融ポリプロピレンを含浸
後、さらに図示しない賦形ダイおよびペレタイザーによ
りガラス繊維含量が５０重量％、ペレット長１０ｍｍの
ペレット状長繊維強化樹脂構造物を製造した。このペレ
ットを用いて射出成形機により機械物性測定用試験片を
成形し、引張強度（ＴＳ）、曲げ剛性（ＦＳ）およびア
イゾット衝撃強度（ＩＺ）を求めた。
維束（円筒状繊維束）を１０個の円筒状ロールから取り
出し、それを図１に示す様に整列させて、図１に示す装
置で、まずロールバーにより開繊指標Ｓが２．３になる
ようにロールバーのテンションを調節して開繊し、次い
でクロスヘッドダイによる溶融ポリプロピレンを含浸
後、さらに図示しない賦形ダイおよびペレタイザーによ
りガラス繊維含量が５０重量％、ペレット長１０ｍｍの
ペレット状長繊維強化樹脂構造物を製造した。このペレ
ットを用いて射出成形機により機械物性測定用試験片を
成形し、引張強度（ＴＳ）、曲げ剛性（ＦＳ）およびア
イゾット衝撃強度（ＩＺ）を求めた。
【００２４】同様にガラス繊維分散値評価用試験片（３
００ｍｍ×２００ｍｍ×２ｍｍ）を成形し、表面に浮き
出した１．０ｍｍよりも長いガラス繊維（又はガラス繊
維束）の個数を求めた。結果を表−１に示す。
００ｍｍ×２００ｍｍ×２ｍｍ）を成形し、表面に浮き
出した１．０ｍｍよりも長いガラス繊維（又はガラス繊
維束）の個数を求めた。結果を表−１に示す。
【００２５】（実施例２）ロールバーのテンションを変
えて開繊連続繊維束の開繊指標Ｓが８．０となるように
開繊した他は実施例１と同様にしてペレット状長繊維強
化樹脂構造物を製造した。得られた物性値等を表−１に
示す。
えて開繊連続繊維束の開繊指標Ｓが８．０となるように
開繊した他は実施例１と同様にしてペレット状長繊維強
化樹脂構造物を製造した。得られた物性値等を表−１に
示す。
【００２６】（比較例１）ロールバーのテンションを変
えて開繊連続繊維束の開繊指標Ｓが２０となるように開
繊した他は実施例１と同様にしてペレット状長繊維強化
樹脂構造物を製造した。得られた物性値等を表−１に示
す。
えて開繊連続繊維束の開繊指標Ｓが２０となるように開
繊した他は実施例１と同様にしてペレット状長繊維強化
樹脂構造物を製造した。得られた物性値等を表−１に示
す。
【００２７】
【表１】
【００２８】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
連続繊維束の開繊指標Ｓが所定の範囲内になるように開
繊し、次いで溶融樹脂を含浸させることにより、得られ
る長繊維強化樹脂構造物の機械的な特性はもちろんのこ
と、製品の外観上からも、あるいは製品から繊維フィラ
メントの脱落を防止する上から、更には含浸工程での操
業性や生産効率の点からも改善され、工業的価値の極め
て高いものである。
連続繊維束の開繊指標Ｓが所定の範囲内になるように開
繊し、次いで溶融樹脂を含浸させることにより、得られ
る長繊維強化樹脂構造物の機械的な特性はもちろんのこ
と、製品の外観上からも、あるいは製品から繊維フィラ
メントの脱落を防止する上から、更には含浸工程での操
業性や生産効率の点からも改善され、工業的価値の極め
て高いものである。
【図１】本発明に用いられる長繊維強化樹脂構造物の製
造工程を示す一例である。
造工程を示す一例である。
１ 連続繊維束 ２ ロールバー ３ 押出機 ４ クロスヘッドダイ ５ 熱可塑性樹脂が含浸された繊維束
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 // Ｂ２９Ｋ 105:08
Claims (4)
- 【請求項１】 開繊工程で連続繊維束を開繊し、次いで
含浸工程で開繊連続繊維束へ溶融樹脂を含浸させる長繊
維強化樹脂構造物の製造方法において、前記開繊連続繊
維束の次式（Ｉ）で与えられる開繊指標Ｓが２．０〜１
８．０の範囲にあることを特徴とする長繊維強化樹脂構
造物の製造方法。 【数１】 - 【請求項２】 開繊連続繊維束が実質的に撚りがないこ
とを特徴とする請求項１記載の長繊維強化樹脂構造物の
製造方法。 - 【請求項３】 溶融樹脂の含浸がクロスヘッドダイによ
るものであることを特徴とする請求項１記載の長繊維強
化樹脂構造物の製造方法。 - 【請求項４】 複数の連続繊維束を整列させながら、開
繊手段により各繊維束を開繊し、溶融した熱可塑性樹脂
を含浸させ、絞り手段により過剰量の樹脂を絞りながら
繊維束を連続的に引き取ることを特徴とする請求項１記
載の長繊維強化樹脂構造物の製造方法。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
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