JPH0824004B2 - Electric insulating filling material and method of manufacturing the same - Google Patents
Electric insulating filling material and method of manufacturing the sameInfo
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- JPH0824004B2 JPH0824004B2 JP63273727A JP27372788A JPH0824004B2 JP H0824004 B2 JPH0824004 B2 JP H0824004B2 JP 63273727 A JP63273727 A JP 63273727A JP 27372788 A JP27372788 A JP 27372788A JP H0824004 B2 JPH0824004 B2 JP H0824004B2
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Description
【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、汎用シーズヒータの電気絶縁充填材料に関
し、特に中温および高温域で使用される電気絶縁充填材
料及びその製造方法に関する。Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to an electrically insulating filling material for a general-purpose sheathed heater, and more particularly to an electrically insulating filling material used in a medium temperature and a high temperature range and a manufacturing method thereof.
(従来技術及び発明が解決しようとする課題) 従来より、マグネシアは高い熱伝導率および適当な硬
度を有することから、シーズヒータ用電気絶縁充填材料
として使用されている。(Prior Art and Problems to be Solved by the Invention) Conventionally, magnesia has been used as an electrically insulating filling material for sheathed heaters because of its high thermal conductivity and appropriate hardness.
しかしながら、この材料は高温多湿な雰囲気下で容易
に吸湿するために、その取扱いには慎重な注意が必要と
されている。これを解決するための方法としては、従来
より、マグネシア粒子表面に活性アルミナの被覆層を形
成した後、熱処理によって耐湿性に優れたα−アルミナ
層を得る方法(特開昭60−240005号)がある。However, since this material easily absorbs moisture in a hot and humid atmosphere, it requires careful handling. As a method for solving this, conventionally, after forming a coating layer of activated alumina on the surface of magnesia particles, a method of obtaining an α-alumina layer having excellent moisture resistance by heat treatment (JP-A-60-240005) There is.
また、電気絶縁充填材料の絶縁性能に関してはこれま
で、初期の絶縁抵抗値、および通電サイクル試験におい
て絶縁劣化速度の点から問題があった。これを解決する
ための方法として従来より、 化学組成の改善、高充
填密度化および粒子の球状化(特開昭59−215690号)、
酸素含有量の高いニッケル酸化物Ni2O3を添加して
効果を向上せしめてなる方法(特開昭60−77305号)等
がある。Further, there has been a problem in the insulation performance of the electric insulation filling material from the viewpoint of the initial insulation resistance value and the insulation deterioration rate in the energization cycle test. As a method for solving this, conventionally, the chemical composition is improved, the packing density is increased, and the particles are spheroidized (JP-A-59-215690),
There is a method in which nickel oxide Ni 2 O 3 having a high oxygen content is added to improve the effect (JP-A-60-77305).
上記した従来技術の方法で得られた電気絶縁充填材料
はそれぞれ、従来品と比較して、吸湿性或いは絶縁性に
関してはそれぞれ改良されているが、この両方の特性を
同時に改良なされた電気絶縁充填材料およびその製造方
法は未だ発明なされていない。Each of the electrically insulating filling materials obtained by the above-mentioned conventional method has improved hygroscopicity or insulating property as compared with the conventional product, but both of these characteristics are improved at the same time. The material and its manufacturing method have not been invented yet.
本発明は、上述の課題に鑑み発明なされたものであっ
て、その目的とするところは、耐湿性および絶縁性の双
方が格段に改善された電気絶縁充填材料およびその製造
方法を提供しようとするものである。The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide an electrically insulating filling material having significantly improved both moisture resistance and insulation, and a method for producing the same. It is a thing.
(課題を解決するための手段) 本発明の電気絶縁充填材料は上述した課題および目的
に鑑み発明なされたものであって、ムライト(3Al2O3・
2SiO2)粉末とマグネシア粉末との混合粉体表面を、シ
リコーンオイルで被覆したことを特徴とする電気絶縁充
填材料である。(Means for Solving the Problems) The electrically insulating filling material of the present invention has been made in view of the problems and objects described above, and includes mullite (3Al 2 O 3
2SiO 2 ) powder and magnesia powder mixed powder surface is coated with silicone oil.
さらに、本発明の電気絶縁充填材料は、前記ムライト
の添加量が、マグネシア粉末に対して0.1〜30重量%、
シリコーンオイルの添加量が、ムライトとマグネシア粉
末との混合粉末に対して0.001〜2重量%である電気絶
縁充填材料である。Furthermore, the electrically insulating filling material of the present invention, the addition amount of the mullite is 0.1 to 30 wt% with respect to the magnesia powder,
This is an electrically insulating filling material in which the amount of silicone oil added is 0.001 to 2% by weight based on the mixed powder of mullite and magnesia powder.
また、本発明の電気絶縁充填材料の製造方法は、マグ
ネシア粉末にムライト(3Al2O3・2SiO2)粉末を混合し
た後、この混合粉体にシリコーンオイルを添加混合し
て、混合粉体表面をシリコーンオイルで被覆することを
特徴とする電気絶縁充填材料の製造方法である。In addition, the method for producing the electrically insulating filling material of the present invention is as follows. After mixing mullite (3Al 2 O 3 · 2SiO 2 ) powder with magnesia powder, silicone oil is added and mixed with this mixed powder to obtain the mixed powder surface. Is coated with silicone oil.
さらにまた、本発明の電気絶縁充填材料の製造方法
は、上記製造方法において、前記ムライトの添加量が、
マグネシア粉末に対して0.1〜30重量%、シリコーンオ
イルの添加量が、ムライトとマグネシア粉末との混合粉
末に対して0.001〜2重量%である電気絶縁充填材料の
製造方法である。Furthermore, the manufacturing method of the electrically insulating filling material of the present invention is the above manufacturing method, wherein the addition amount of the mullite is
This is a method for producing an electrically insulating filling material in which 0.1 to 30% by weight of magnesia powder and 0.001 to 2% by weight of silicone oil are added to the mixed powder of mullite and magnesia powder.
本発明者は、高温において高い絶縁抵抗値を示すムラ
イト粉末の添加効果と、撥水性および流動性の改善を付
与するシリコーンオイルの添加効果とによる相互作用に
より、マグネシアを主成分とする電気絶縁充填材料の耐
湿性および絶縁性の双方が格段に改善されることを知見
して本発明を完成したものである。すなわち、上記添加
剤のいずれか一方が欠如した状態、或いは混合操作が不
十分なため、撥水性の発現が均一に行われていない状態
では、初期の目的とする耐湿性および絶縁性を得ること
は困難である。The present inventor has found that the interaction between the addition effect of mullite powder exhibiting a high insulation resistance value at high temperature and the addition effect of silicone oil that imparts improvement in water repellency and fluidity results in an electrically insulating filling containing magnesia as a main component. The present invention has been completed by finding that both the moisture resistance and the insulating property of the material are remarkably improved. That is, in the state where any one of the above-mentioned additives is lacking or the state where the water repellency is not uniformly expressed due to insufficient mixing operation, the initial desired moisture resistance and insulation property can be obtained. It is difficult.
以下、本発明の電気絶縁充填材料及びその製造方法に
ついて、より具体的に説明する。Hereinafter, the electrically insulating filling material of the present invention and the method for producing the same will be described more specifically.
まず、予め電気絶縁充填材料として調製したマグネシ
ア粉末に、ムライト(3Al2O3・2SiO2)粉末を混合する
のであるが、このマグネシア粉末としては、その純度が
90重量%以上であれば良く、電融マグネシア粉末、及び
/又は焼結マグネシア粉末が使用可能である。First, mullite (3Al 2 O 3 · 2SiO 2 ) powder is mixed with magnesia powder prepared in advance as an electrically insulating filling material.
It may be 90% by weight or more, and electro-melted magnesia powder and / or sintered magnesia powder can be used.
一方、この絶縁性能の改良剤として使用するムライト
粉末としては、好ましくは、シリマナイト族鉱物(シリ
マナイト、アンダリュサイト及びカイヤナイト)を高温
焼成しムライト化したもの、或いはカオリン族鉱物とア
ルミナとの混合物から合成したものを焼成してムライト
化したものの中から適宜選択されるが、これ以外の方法
で得られるムライトを用いることも可能である。On the other hand, as the mullite powder used as the insulating performance improving agent, preferably, sillimanite group minerals (sillimanite, andalusite, and kyanite) are mullit by high temperature firing, or a mixture of kaolin group minerals and alumina. It is appropriately selected from mullite obtained by firing the compound synthesized from mullite, but it is also possible to use mullite obtained by a method other than this.
このムライトとしては、成分的には特に、アルカリ成
分(Na2O+K2O)が0.1重量%以下、好ましくは0.05重量
%以下、粒度的には、最大粒子径が150μmかつ45μm
以下の微粉が30%以内で含まれることが好ましい。As the mullite, particularly, the alkaline component (Na 2 O + K 2 O) is 0.1% by weight or less, preferably 0.05% by weight or less, and the maximum particle size is 150 μm and 45 μm.
The following fine powders are preferably contained within 30%.
また、このムライトの添加量としては、マグネシア粉
末に対して0.1〜30重量%であるのが、絶縁性およびシ
ーズヒータとして本来要求される特性の観点から好まし
い。すなわち、その添加量が、0.1重量%以下では、絶
縁性能において十分な効果を得ることが困難であり、30
重量%以上では、熱伝導率の低下をきたしてしまい、ひ
いてはシーズヒータ性能を劣化させるからである。Further, the addition amount of this mullite is preferably 0.1 to 30% by weight with respect to the magnesia powder, from the viewpoint of insulating properties and properties originally required as a sheathed heater. That is, if the added amount is 0.1% by weight or less, it is difficult to obtain a sufficient effect on the insulation performance.
This is because if the content is more than 10% by weight, the thermal conductivity will decrease, and the performance of the sheath heater will deteriorate.
次に、この混合粉末にシリコーンオイルを添加混合し
て、粉末粒子表面を均一にシリコーンオイルで被覆する
のであるが、この撥水性および流動性の改良剤として使
用するシリコーンオイルとしては、ジメチル系でその分
子構造は下記の通りである。Next, silicone oil is added to and mixed with this mixed powder to uniformly coat the surface of the powder particles with silicone oil. The silicone oil used as the water-repellent and fluidity improver is dimethyl-based. Its molecular structure is as follows.
また、このシリコーンオイルは、撥水性以外にも充填
材料の流動性を改善するため、その粘性が重要であり、
粘度(25℃)10〜100cs、比重(25℃)0.930〜0.970、
及び粘度温度係数0.54〜0.60の範囲にあるのが好まし
い。 In addition to water repellency, this silicone oil improves the fluidity of the filling material, so its viscosity is important,
Viscosity (25 ℃) 10-100cs, Specific gravity (25 ℃) 0.930-0.970,
And the viscosity temperature coefficient is preferably in the range of 0.54 to 0.60.
さらにまた、このシリコーンオイルの添加量として
は、上記ムライトのマグネシア粉末との混合粉末に対し
て0.001〜2重量%であるのが、撥水性、流動性、絶縁
性の観点から好ましい。すなわち、添加量が0.001重量
%以下では、撥水性および流動性について十分な効果を
得ることが困難であり、2重量%以上では、常温におけ
る粉体の流動性が著しく低下し、高温で加熱分解される
時に発生する炭素による絶縁抵抗値の劣化が著しいから
である。Furthermore, the amount of the silicone oil added is preferably 0.001 to 2% by weight based on the mixed powder of the mullite and the magnesia powder, from the viewpoint of water repellency, fluidity and insulation. That is, when the addition amount is 0.001% by weight or less, it is difficult to obtain a sufficient effect on water repellency and fluidity, and when the addition amount is 2% by weight or more, the fluidity of the powder at room temperature is significantly reduced, and the thermal decomposition at high temperature is performed. This is because the deterioration of the insulation resistance value due to the carbon that is generated during the treatment is significant.
上記したシリコーンオイルの添加によって、マグネシ
アを主成分とする充填材料の常温付近における吸湿を防
止できるとともに、これ自体シーズヒータ用充填物とし
て用いられ、シーズヒータ製造時において高温加熱され
た後に、無機質充填物の表面にSiO2被膜が形成される。
従って、シリコーンオイルに含まれる有機質の分解後
も、このSiO2被膜の形成により充填材料の耐湿性が失わ
れないため、このシリコーンオイルを添加して調製した
充填材料を用いれば、初期および通電サイクル後の電気
絶縁抵抗値の変化が極めて低く、理想的なシーズヒータ
を提供できるものである。By adding the silicone oil described above, it is possible to prevent moisture absorption of the filling material containing magnesia as a main component at around room temperature, and it itself is used as a filler for sheathed heaters, and after being heated to a high temperature during the manufacture of sheathed heaters, it is filled with an inorganic substance. A SiO 2 film is formed on the surface of the object.
Therefore, even after decomposition of the organic matter contained in the silicone oil, the moisture resistance of the filler is not lost due to the formation of this SiO 2 film. It is possible to provide an ideal sheathed heater since the change in the electric insulation resistance value afterwards is extremely low.
(実施例) 先ず、上記第1表に示した組成を有し、最大粒子径35
5μm、充填密度2.38g/cm3、及び流動度190sec/100gに
調製した電融マグネシア粉末を用意し、これからそれぞ
れ下記の電気絶縁充填材料を調製した。(Example) First, it has the composition shown in Table 1 above and has a maximum particle size of 35
Electrofused magnesia powder adjusted to 5 μm, a packing density of 2.38 g / cm 3 , and a fluidity of 190 sec / 100 g was prepared, from which the following electrically insulating filling materials were prepared.
A…シリマナイト粉末を約1540℃で1時間焼成してムラ
イト化した後、150μm以下の粒度に粉砕したムライト
粉末2.0重量%を、上記の電融マグネシア粉末に加えて
混合し、さらに、この混合粉末にジメチルシリコーンオ
イルを0.05重量%加えて混合して調製したもの B…シリマナイト粉末を約1540℃で1時間焼成してムラ
イト化した後、150μm以下の粒度に粉砕したムライト
粉末2.0重量%を、上記の電融マグネシア粉末に加えて
混合して調製したもの C…上記の電融マグネシア粉末にジメチルシリコーンオ
イルを0.05重量%加えて混合して調製したもの D…上記の電融マグネシア粉末のみで調製したもの これら4種類の電気絶縁充填材料A,B,C,およびDをそ
れぞれ、発熱線(ニクロム線、商品名「ニクロム5」)
と、外径7.5mm、肉厚0.5mm、長さ700mmの金属パイプ(N
CF2P、商品名「インコロイ800」)との間隙に充填し、
圧延減径、焼鈍の各工程を経た後、金属パイプの両端を
低融点ガラスで封口した。このようにしてそれぞれ、外
径6.5mm、ヒータ全長785mm、有効発熱長585mmの試料A,
B,C,およびDを作成した。A ... Sillimanite powder was calcined at about 1540 ° C. for 1 hour to form mullite, and 2.0% by weight of mullite powder pulverized to a particle size of 150 μm or less was added to and mixed with the above electromelted magnesia powder, and the mixed powder was further mixed. Was prepared by adding 0.05% by weight of dimethyl silicone oil to B. B ... Sillimanite powder was calcined at about 1540 ° C. for 1 hour to form mullite, and 2.0% by weight of mullite powder pulverized to a particle size of 150 μm or less was added to the above. Prepared by adding to and mixing with the above electromelted magnesia powder C ... Prepared by mixing by mixing 0.05% by weight of dimethyl silicone oil to the above electromelted magnesia powder D ... Prepared only by the above melted magnesia powder One of these four types of electrical insulation filling materials A, B, C, and D is used as a heating wire (Nichrome wire, trade name "Nichrome 5").
And a metal pipe with an outer diameter of 7.5 mm, a wall thickness of 0.5 mm and a length of 700 mm (N
CF2P, product name "Incoloy 800") filled in the gap,
After passing through the steps of rolling reduction and annealing, both ends of the metal pipe were sealed with low melting glass. In this way, sample A with an outer diameter of 6.5 mm, heater total length of 785 mm, effective heat generation length of 585 mm,
B, C, and D were created.
次に、この各試料を用いて以下に示す通電サイクル試
験を実施した。すなわち、電力密度10W/cm2、金属パイ
プ表面温度約900℃で、(20分通電−10分休止)/サイ
クルの条件での熱時絶縁抵抗値をそれぞれ測定した。こ
の結果を第1図に示した。Next, the following energization cycle test was carried out using each of these samples. That is, the thermal insulation resistance value was measured under the conditions of power density of 10 W / cm 2 , metal pipe surface temperature of about 900 ° C., (20 minutes energization-10 minutes rest) / cycle. The results are shown in FIG.
第1図から明らかなように、本発明の電気絶縁充填材
料(すなわちムライトおよびシリコーンオイルを添加し
て調製したもの)を用いて作成した試料Aは、ムライト
のみを添加して調製した充填材料を用いて作成した試料
B、シリコーンオイルのみを添加して調製した充填材料
を用いて作成した試料C、および電融マグネシアのみか
らなる従来の充填材料を用いて作成した試料Dと比較し
て、初期の絶縁抵抗値が高く、かつ2000サイクルを経た
後も絶縁劣化が少なく極めて高い値を示した。また、試
料B及びCの結果から、本発明の材料特性は、二種類の
添加剤、すなわち、ムライトとシリコーンオイルとの相
互作用によって発揮されることが明らかである。As is clear from FIG. 1, the sample A prepared using the electrically insulating filling material of the present invention (that is, the one prepared by adding mullite and silicone oil) is the filling material prepared by adding only mullite. Compared with the sample B prepared by using the sample B, the sample C prepared by using the filler material prepared by adding only the silicone oil, and the sample D prepared by using the conventional filler material composed only of the electro-melting magnesia, Had a high insulation resistance and showed a very high value with little insulation deterioration even after 2000 cycles. Also, from the results of Samples B and C, it is clear that the material properties of the present invention are exerted by the interaction of two types of additives, mullite and silicone oil.
尚、本実施例においては、電気絶縁充填材料の主成分
として、電融マグネシア粉末を用いたが、これに代え
て、焼結マグネシア粉末単独、或いは焼結マグネシアと
電融マグネシアとの混合粉末を用いても、上記実施例と
同様な傾向があり、本発明に使用可能であることが判明
している。In the present example, as the main component of the electrically insulating filling material, the fused magnesia powder was used, but instead of this, the sintered magnesia powder alone or a mixed powder of sintered magnesia and fused magnesia is used. Even if it is used, it has the same tendency as in the above-mentioned embodiment, and it has been proved that it can be used in the present invention.
また、本実施例において用いた主成分のマグネシア
は、99.2〜99.4重量%と極めて高純度のものを用いた
が、これに代えて、使用するマグネシア粉末の純度が90
重量%以上であれば、上記実施例と同様な傾向があり、
本発明に使用可能であることが判明している。Further, the main component of magnesia used in this example was 99.2-99.4% by weight of extremely high purity, but instead of this, the purity of the magnesia powder used was 90%.
If it is at least% by weight, there is a tendency similar to that in the above example,
It has been found that it can be used in the present invention.
さらにはまた、ムライト添加剤として、上記実施例に
用いたシリマナイト以外でも、アンダリュサイトおよび
カイヤナイトの焼成品、およびカオリン族鉱物とアルミ
ナとの混合物から合成した焼成品の中から選択したムラ
イト粉末を用いても同様な傾向があり、本発明に使用可
能であることが判明している。Furthermore, as a mullite additive, mullite powder selected from calcined products of andalusite and kyanite, and calcined products synthesized from a mixture of kaolin group minerals and alumina, other than the sillimanite used in the above examples. It has been found that there is a similar tendency by using, and it can be used in the present invention.
(作用・効果) 上述したように、本発明の電気絶縁充填材料及びその
製造方法によれば、高い熱伝導率のマグネシアを主成分
として、これに熱時の絶縁性に優れたムライトを添加
し、この混合粒子表面に、撥水性を有しかつ流動性の改
善を付与するシリコーンオイルを添加して被覆している
ので、これら両者の添加効果による相互作用により、マ
グネシアを主成分とする電気絶縁充填材料の耐湿性およ
び絶縁性の双方が格段に改善された優れた電気絶縁充填
材料を簡単に提供できるものである。(Operation / Effect) As described above, according to the electrically insulating filling material and the method for producing the same of the present invention, magnesia having a high thermal conductivity is used as a main component, and mullite having an excellent insulating property when heated is added thereto. Since the surface of the mixed particles is coated with a silicone oil having water repellency and imparting an improvement in fluidity, the interaction between the addition effects of both of them causes electrical insulation mainly composed of magnesia. It is possible to easily provide an excellent electrically insulating filling material in which both the moisture resistance and the insulating property of the filling material are significantly improved.
すなわち、本発明の電気絶縁充填材料及びその製造方
法によれば、 (1) 長期間の材料の保管においても吸湿による品質
の劣化がなく、初期および通電サイクル後の絶縁抵抗値
が格段に優れた電気絶縁充填材料を簡単に提供でき、 (2) さらには、主成分のマグネシアがその純度が90
重量%以上であれば使用可能であるので、価格的に安価
な鉱石系原料が使用可能となりコスト的にも安価な充填
材料を提供できる等の幾多の作用効果を奏する優れた発
明である。That is, according to the electrically insulating filling material and the method for producing the same of the present invention, (1) there is no deterioration in quality due to moisture absorption even when the material is stored for a long period of time, and the insulation resistance value at the initial stage and after the energization cycle is remarkably excellent. Electric insulating filling material can be easily provided. (2) Furthermore, magnesia, which is the main component, has a purity of 90.
Since it can be used if it is at least wt%, it is an excellent invention that has many operational effects such as the use of inexpensive ore-based raw materials and the provision of filling materials that are inexpensive.
第1図は、本発明の電気絶縁充填材料を用いて作成した
シーズヒータと、従来の電気絶縁充填材料を用いて作成
したシーズヒータとにおける熱時絶縁抵抗値と通電サイ
クルとの関係を示すグラフである。FIG. 1 is a graph showing a relationship between a thermal insulation resistance value and an energization cycle in a sheathed heater made using the electrically insulating filling material of the present invention and a sheathed heater made using a conventional electrically insulating filling material. Is.
Claims (2)
シア粉末との混合粉体表面を、シリコーンオイルで被覆
した電気絶縁充填材料であって、前記ムライトの添加量
が、マグネシア粉末に対して0.1〜30重量%、シリコー
ンオイルの添加量が、ムライトとマグネシア粉末との混
合粉末に対して0.001〜2重量%であり、前記シリコー
ンオイルが、粘度(25℃)10〜100cs、比重(25℃)0.9
30〜0.970、及び粘度温度係数0.54〜0.60の範囲にある
ものであることを特徴とする電気絶縁充填材料。1. An electrically insulating filling material in which the surface of a mixed powder of mullite (3Al 2 O 3 .2SiO 2 ) powder and magnesia powder is coated with silicone oil, and the amount of mullite added is magnesia powder. On the other hand, 0.1 to 30% by weight, the amount of silicone oil added is 0.001 to 2% by weight based on the mixed powder of mullite and magnesia powder, and the silicone oil has a viscosity (25 ° C.) of 10 to 100 cs and a specific gravity ( 25 ° C) 0.9
An electrically insulating filling material characterized by having a viscosity temperature coefficient of 30 to 0.970 and a viscosity temperature coefficient of 0.54 to 0.60.
0.1〜30重量%のムライト(3Al2O3・2SiO2)粉末を混合
した後、この混合粉体にムライトとマグネシア粉末との
混合粉末に対して0.001〜2重量%、粘度(25℃)10〜1
00cs、比重(25℃)0.930〜0.970、及び粘度温度係数0.
54〜0.60のシリコーンオイルを添加混合して、混合粉体
表面をシリコーンオイルで被覆することを特徴とする電
気絶縁充填材料の製造方法。2. Magnesia powder to magnesia powder
After mixing 0.1 to 30 wt% of mullite (3Al 2 O 3 · 2SiO 2 ) powder, 0.001 wt% with respect to mixed powder of mullite and magnesia powder to the mixed powder, the viscosity (25 ° C.) 10 ~ 1
00cs, specific gravity (25 ° C) 0.930 to 0.970, and viscosity temperature coefficient of 0.
A method for producing an electrically insulating filling material, characterized in that 54 to 0.60 of silicone oil is added and mixed, and the mixed powder surface is coated with silicone oil.
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JPH02121202A (en) | 1990-05-09 |
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