KR20000029437A - 유기섬유제조방법 - Google Patents
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Abstract
유기 재료 (28) 를 섬유화하는 방법은, 저부벽 (16) 과 이 저부벽 (16) 으로부터 상방으로 뻗어서 상단부 (19) 에서 끝나는 둘레벽 (18) 을 구비하는 스피너 (10) 를 회전시키는 단계를 포함하며, 상기 스피너 (10) 는 저부벽 (16), 둘레벽 (18) 및 상기 저부벽 (16) 에 일반적으로 평행하며 상기 둘레벽 (18) 의 상단부 (19) 를 통하여 연장하는 평면 (22) 에 의해서 한정되는 공동 (21) 을 갖는다. 상기 방법은 상기 스피너 공동 (21) 내부에 난류를 발생시키는 단계와, 상기 스피너 공동 (21) 의 외부에 있는 지점에서 끝나는 송출관 (24) 에 용융 유기 재료 (28) 를 공급하는 단계와, 상기 난류를 극복하고 상기 스피너 공동 (21)의 소정 위치에 도달하는데 충분한 운동량으로 상기 용융 유기 재료 (28) 를 상기 송출관 (24) 으로부터 배출시키는 단계와, 상기 용융 유기 재료 (28) 로 부터 섬유 (34) 를 원심분리시키는 단계를 추가로 포함한다. 또한 유기 재료 (28) 를 섬유화하는 장치가 개시된다.
Description
단열 및 구조 제품과 같은 제품들은 광물 섬유, 특히 유리 섬유로 제조되어 왔다. 유리 섬유를 제조하는 공지된 방법은 유리 섬유를 형성시키기 위해서 작은 홀을 통하여 용융 유리를 원심분리하는 단계를 포함한다. 송출관은 회전 실린더형 스피너에 용융 유리를 공급한다. 스피너는 다수의 작은 홀을 구비한 둘레벽을 갖는다. 스피너는 유리를 용융 상태에 유지시키기 위해서 가열된다. 스피너가 회전할 때, 원심력은 용융 유리를 둘레벽을 향하여 이동시킨다. 용융 유리는 회전 스피너로부터 원심 분리된 후 둘레홀을 통하여 방출되어 유리 섬유를 형성한다. 이러한 공정은 높은 생산율로 유리 섬유를 제조하는 효율적인 방법을 제공한다.
유기 섬유의 바람직한 특성 때문에 폴리머 섬유와 같은 유기 섬유의 여러 용도가 개발되어 왔다. 예컨데, 폴리머 섬유는 가요성이 높은 단열 제품을 제조하는데 사용될 수 있다. 폴리머 섬유는 통상적인 단열 제품에서 유리 섬유보다 휨 파손에 대한 저항이 크다. 이러한 폴리머 섬유 단열 제품은 또한 피부를 자극하지 않기 때문에 유리 섬유보다 취급성이 더 좋다. 폴리머 섬유는 단열재료와 방음 재료, 필터, 및 흡착제를 포함하는 제품에 광범위하게 사용될 수 있다.
유리 섬유를 제조하는데서 얻어지는 인증된 제조 공정을 이용하기 위해서는, 폴리머 섬유를 포함하는 유기 섬유를 유사한 방식으로 제조할 수 있는 것이 소망된다. 그러나, 용융 유기 재료는 용융 유리와는 다른 특성을 가지며, 이로 인해 제조 기술의 직접적인 이용이 어렵게 된다. 용융 유리는 2.2 내지 2.7 의 비중을 갖는 반면에 용융 폴리머 재료는 0.9 내지 1.9 의 비중을 갖는다. 스피너가 회전할 때, 표면류나 난류가 스피너 공동에 만들어진다. 또한, 스피너를 가열하기 위해서 사용된 가열 공기가 난류를 만든다. 용융 유리는 스피너에 공급될 때 난류에 의해서 심각하게 교란되지 않을 많큼 충분히 비중이 크지만, 스피너 내부의 난류는 유기 재료가 송출관을 나올 때 그것의 경로를 방해하며 유기 재료가 소정의 위치에 도달하는 것을 방해한다. 이러한 교란된 유기 재료는 스피너의 둘레벽을 충분히 덮지 못할 수도 있으며 심지어 스피너로부터 배출될 수도 있다. 둘레벽을 충분히 덮지 못하면 원심분리가 방해되어서, 섬유가 바람직하지 않게 단속적으로 된다. 재료가 스피너 내부의 소정 위치에 도달하기 이전에 방해되는 것을 방지하며 용융 유기 재료를 회전 스피너에 공급하는 적절한 방식을 제공하는 것이 요구된다.
발명의 요약
상기한 목적과 특별히 열거하지 않은 다른 목적들은 본 발명에 따른 유기 섬유 제조 방법에 의해서 달성된다. 본 발명의 유기 섬유 제조 방법은 저부벽과 이 저부벽으로부터 상방으로 뻗어서 상단부에서 끝나는 둘레벽을 구비한 스피너를 회전시키는 것을 포함하며, 여기에서 스피너는 저부벽, 둘레벽 및 둘레벽의 상단부를 통하여 뻗어있으며 일반적으로 저부벽에 평행한 평면에 의해서 한정되는 스피너 공동을 갖는다. 상기 방법은 스피너 공동내에 난류를 발생시키는 단계와, 용융 유기 재료를 송출관으로 공급하는 단계와, 여기에서 송출관은 스피너 공동의 외부에 위치된 지점에서 끝나며, 난류를 극복하고 스피너 공동내의 소정의 위치에 도달하는데 충분한 운동량으로 송출관으로부터 용융 유기 재료를 배출시키는 단계와, 용융 유기 재료로부터 섬유를 원심분리시키는 단계를 포함한다.
본 발명의 목적은 용융 유기 재료를 섬유화시키는 장치에 의해서 달성되며, 상기 장치는 저부벽과 이 저부벽으로부터 상방으로 뻗어서 상단부에서 끝나는 둘레벽을 구비한 원심분리 스피너를 포함하며, 여기에서 스피너는 저부벽, 둘레벽, 및 둘레벽의 상단부를 통하여 뻗어있으며 일반적으로 저부벽과 평행한 평면에 의해서 한정되는 스피너 공동을 갖는다. 상기 장치는 스피너 공동내의 소정의 위치에 도달하는데 충분한 운동량으로 용융 유기 재료를 배출시키는 수단을 추가로 포함하며, 상기 배출 수단은 상기 평면 위에 위치된 지점에서 끝난다.
도면의 간단한 설명
도 1 은 본 발명의 원리에 따라서 폴리머 섬유를 제조하는 장치의 개략적인 정면 단면도이다.
도 2 는 도 1 에 도시된 장치의 스피너의 정면 단면도이다.
도 3 은 도 1 의 장치의 배출 수단 일부분의 정면 단면도이다.
도 4 는 배출 수단의 다를 실시예의 정면 단면도이다.
도 5 는 스피너와 배출 수단의 다른 실시예의 정면 단면도이다.
본 발명은 유기 섬유의 제조에 관한 것이며, 더욱 상세히는 원심 분리기나 회전 스피너에서 유기 폴리머 섬유를 제조하는 것에 관한 것이다.
용융 유기 재료로부터 유기 섬유를 제조하는 방법 및 장치를 아래에 기재한다. 도 1 및 2 에 도시된 바와 같이, 스피너 (10) 는 회전축선 (12) 을 중심으로 회전하고 통상적으로 약 1000 내지 약 7000 rpm 의 속도로 샤프트 (14) 에 의해서 구동된다. 스피너는 저부벽 (16) 과, 이 저부벽으로부터 상방으로 뻗어서 상단부 (19) 에서 끝나는 둘레벽 (18) 과, 둘레벽 (18) 의 상단부 (19) 로부터 반경방향 내측으로 연장된 플랜지 (20) 를 구비한다. 스피너 공동 (21) 은 저부벽 (16), 둘레벽 (18) 및 둘레벽 (18) 의 상단부 (19) 를 통하여 뻗어있고 일반적으로 저부벽 (16) 과 평행한 평면 (22) 에 의해서 한정된다. 둘레벽은 유기 섬유의 원심분리를 위하여 약 100 개 내지 약 15,000 개, 바람직하게는 약 500 개 내지 2,500 개의 오리피스 (23) 를 구비한다. 스피너는 유리 섬유의 제조에 사용된 것과 같은 니켈/코발트/크롬 합금으로부터 주조될 수 있거나, 용접된 스테인레스강으로 제조된 것과 같은 임의의 다른 적합한 스피너일 수 있다. 스피너의 직경은 20 cm 내지 100 cm 일 수 있고, 바람직한 직경은 약 40 cm 이다. 스피너는 스피너 공동내에 있는 유기 재료를 용융 상태로 유지시키기 위해서 가열된다. 바람직한 가열 방법은 가열 공기를 스피너 공동으로 유입시키기 위하여 송풍기 (도시 안함) 를 사용하지만, 유도 가열을 포함하는 스피너 가열 방법이 사용될 수도 있다.
난류나 공기 흐름이 스피너 공동내에 발생된다. 난류를 야기하는 몇 가지 원인이 있을 수 있다. 기본적으로, 스피너의 회전으로 인해 공기가 스피너 공동내에서 선회(swirling) 운동을 하게 된다. 또한, 송풍기가 스피너 내부의 재료를 가열하는데 사용된다면, 송풍기가 난류를 만들 수 있다. 또한 난류의 다른 원인이 있을 수도 있다. 이러한 난류는 다음에 기재하는 바와 같은 소망하지 않는 결과를 야기한다.
도 2 에 도시된 바와 같이, 노즐 (26) 이 말단에 부착되어 있는 송출관 (24) 형태의 배출 수단은, 회전 스피너 (10) 에 유기 재료 (28) 의 용융 스트림을 공급한다. 송출관과 노즐은 스피너 공동 (21) 의 외부에 위치되어 있어, 점검 을 위하여 용융 유기 스트림을 육안 검사할 수 있다. 용융 스트림의 육안 검사를 통해, 재료의 온도와 재료 (28) 의 품질에 대한 변동과, 상류에서 막힘이 일어났는지를 알 수 있다.
다음에 설명하는 바와 같이, 배출 수단인 송출관 (24) 은 용융 유기 재료를 사출기로부터 스피너 (10) 내의 소정 위치 (25) 로 이송한다. 회전 스피너의 원심력은 스피너 내부의 용융 재료를 회전축선 (12) 으로부터 둘레벽 (18) 을 향하여 이동시킨다. 둘레벽은 원심분리중에 용융 재료로 완전이 덮혀져야 되며 그렇지 않으면 섬유에 바라지않는 불연속이 발생긴다. 둘레벽이 완전히 덮히기 위해서 용융 재료가 스피너 내에 있어야 할 바람직한 위치는 둘레벽 (18) 으로부터 약 1.25 cm 내지 약 2.0 cm 에 있는 스피너 저부벽 (16) 임이 밝혀졌다. 용융 재료가 스피너 내부의 다른 위치로 배출된다면, 용융 재료는 둘레벽 (18) 을 완전히 덮지 못할 수도 있다.
도 3 및 4 에 도시된 바와 같이, 송출관 (24) 단부에 있는 노즐 (26) 은 용융 유기 재료의 유동 경로의 직경을 감소시키는 제한 오리피스 (42) 를 구비한 플러그 (41) 로 구성된다. 제한 오리피스의 직경은 폴리머 재료의 경우 약 0.125 cm 내지 약 0.5 cm 일 수도 있고, 바람직하게는 약 0.25 cm 내지 약 0.31 cm 이다. 도 4 에 도시된 바와 같이, 제한 오리피스 (42) 의 주입구 (43) 는 막힘을 줄이기 위해서 테이퍼진 측면 (44) 을 가질 수도 있다. 노즐 플러그는 황동으로 제조되는 것이 바람직하지만, 임의의 적합한 재료가 사용될 수도 있다. 노즐 플러그의 외경은 송출관의 내경과 거의 같다. 플러그는 관 내부로 들어가 용접에 의해서 그 위치에 고정될 수도 있다. 다른 방식으로, 노즐은 송출관에 나사 결합될 수도 있다. 노즐은 샤워 헤드(shower head) 와 유사한 스위블 연결부(swivel connection; 도시 안함)를 또한 가질 수 있고, 이는 용융 유기 재료의 스트림이 스피너 공동 내부의 다른 위치에 조준될 수 있게 한다.
용융 유기 재료가 직경이 감소된 제한 오리피스 (42) 를 통과할 때, 재료의 속도가 증가한다. 재료의 질량이 일정하므로, 그 속도가 증가할 때 재료의 운동량이 증가한다. 재료가 충분한 운동량을 얻을 때, 재료는 스피너 공동 내부의 난류에 의한 영향을 받지 않는다. 따라서, 배출 수단을 스피너 공동의 외부에 위치시키는 상기 이점이 달성될 수 있고, 바람직하지 않는 난류의 영향이 감소되거나 최소화된다.
재료의 배출 속도는 재료의 비중과 압력, 그리고 제한 오리피스의 직경에 의해서 결정된다. 사출기에서 용융 재료의 압력이 일정할 때, 제한 오리피스의 직경이 작을수록, 용융 재료의 배출 속도와 이에 의한 운동량이 커진다. 그러나, 직경 제한 오리피스는 막히는 경향이 크다. 일정한 오리피스 직경에서, 송출관의 배출 단부에서 재료의 압력이 커질수록, 배출 속도가 커진다. 압력은 인출 속도를 증가시킴에 의해서 증가될 수 있으며, 이는 스피너의 홀을 통과하는 재료의 함량에 의해서 한정된다. 압력은 또한 유기 재료의 점도를 증가시킴에 의해서 증가될 수 있지만, 재료의 점도가 증가할 때, 재료는 너무 급속히 경화되어 원심분리 되지 못하는 경향이 있다. 또한, 재료의 점도가 증가할 때 용융 스트림은 스피너 공동 내부의 스피너 샤프트 (14) 주위에 감기는 경향이 있다.
40 cm 직경의 스피너에서 난류를 극복하기 위해서, 용융 재료는 적어도 약 100 gcm/sec2의 운동량을 가져야 함을 알 수 있었고, 최적 결과를 위해서는 약 300 내지 약 500 gcm/sec2의 운동량이 바람직하다. 0.25 cm 제한 오리피스는 약 40 내지 55 cm/sec 로 폴리머 재료를 배출한다. 100 gcm/sec2의 운동량을 얻기 위해서, 40 cm/sec 의 배출 속도를 갖는 폴리머 재료는 인출 속도라 칭하는 2.5 g/sec 의 속도로 노즐에 공급되어야만 한다.
도 2 에 도시된 바와 같이, 노즐로부터 배출된 용융 재료는 스피너 공동 내부의 스피너 둘레벽 (18) 을 덮는 헤드 또는 층 (32) 을 형성한다. 용융층으로부터의 재료는 오리피스 (23) 를 통하여 원심분리되어 섬유 (34) 를 형성한다. 도 1 에 도시된 바와 같이, 반경 방향으로 이동하는 섬유는 송풍기 (36) 에 의해서 실리더형태의 섬유 베일 (38) 로 변하여, 하방, 즉 스피너의 축선 방향으로 이동한다. 섬유들은 수집되어 섬유 제품을 제조하는데 사용되는 팩 (40) 을 형성한다.
섬유화될 수 있는 어떠한 유기 재료도 스피너에 공급될 수 있다. 적합한 폴리머의 특정한 예는 폴리에틸렌 테레프탈레이트 (PET), 폴리프로필렌 또는 폴리페닐렌 설파이드 (PPS) 를 포함한다. 섬유를 제조하는데 적합한 다른 유기 재료는 나일론, 폴리카보네이트, 폴리스티렌, 폴리아미드, 다양한 폴리올레핀, 아스팔트, 그리고 다른 수지와 열가소성 또는 열경화성 재료를 포함한다.
유기재료가 PET 와 같은 폴리머인경우, 폴리머 재료 분야의 당업자에게 통상적으로 공지된 사출 장비 (도시 안됨) 로부터 용융 상태로 공급될 수 있다. 스피너에 공급되는 용융 유기 재료의 온도는 재료의 특징에 달려있다. 폴리프로필렌은 사출기에서 나올 때 통상적으로 약 260 ℃ 의 온도를 가질 것이다. 아스팔트는 통상적으로 약 200 ℃ 의 낮은 온도에서 흐르는 반면에, PPS 는 통상적으로 약 315 ℃ 의 높은 온도에서 흐른다. 용융 유기 재료는 약 2,000 kPa 내지 약 15,000 kPa 의 압력에서 사출기를 나오는 것이 바람직하며, 낮은 압력, 바람직하게는 약 700 kPa 이하의 압력에서 배출 수단에 도달하는 것이 바람직하다.
상기 관 (24) 은 배출된 용융 재료를 최적 위치에 조준하기 위해서 수직에 대하여 각진 것이 바람직하며, 약 12°각도로 각진 것이 가장 바람직하지만, 각도는 스피너의 회전속도와 치수에 따라서 변할 수 있다. 송출관은 스테인레스 강관으로 구성되는 것이 바람직하지만 임의의 적합한 관이 사용될 수도 있다. 제조 장비의 설치시 더 큰 융통성을 주기 위해서 사출기가 스피너로부터 떨어져서 위치될 수 있도록 하기 위하여 관은 5 미터 길이나, 그 이상일 수도 있다. 1.25 cm 의 내경을 갖는 관이 바람직하게 사용되지만, 직경은 사용된 재료와 관의 길이에 따라서 변할 수도 있다.
도 5 에 도시된 바와 같이, 용융 유기 재료를 2 개의 스트림 (28a 및 28b) 으로 스피너에 배출하기 위해서 노즐 (26) 은 2 개의 오리피스 (42a 및 42b) 를 가질 수 있다. 둘레벽 (18) 의 양호한 덮힘성과 이에 의한 상기한 바와 같은 양호한 원심 분리를 달성하기 위하여, 스트림은 스피너 공동 내부의 다른 위치로 조준될 수 있다. 스피너 공동 내부의 몇몇 위치에 조준될 수 있는 더 많은 스트림을 형성하기 위하여 2 개 이상의 오리피스가 사용될 수도 있다. 또한, 스피너 공동 내부의 소정의 위치에 도달시키는데 충분한 운동량을 갖는 용융 유기 재료를 배출시키기 위하여 노즐 (26) 을 포함하는 관 (24) 이외의 다른 배출 수단이 사용될 수도 있으며, 이에 의해서 본 발명의 적어도 몇가지 이점이 달성될 수 있다.
본 발명은 본 발명의 범위내에서 상술한 것과 다르게 실시될 수도 있다.
본 발명은 구조 제품 및 단열 제품으로 사용하는 유기 섬유의 섬유 제품을 제조하는데 유용하다.
Claims (20)
- 유기 재료를 섬유화하는 방법으로서, 저부벽과 이 저부벽으로부터 상방으로 뻗어서 상단부에서 끝나는 둘레벽을 구비하며, 저부벽, 둘레벽 및 상기 저부벽에 일반적으로 평행하며 상기 둘레벽의 상단부를 통하여 연장하는 평면에 의해서 한정되는 공동을 갖는 상기 스피너를 회전시키는 단계와, 상기 스피너 공동 내부에 난류를 발생시키는 단계와, 상기 스피너 공동의 외부에 위치된 지점에서 끝나는 송출관에 용융 유기 재료를 공급하는 단계와, 상기 난류를 극복하고 상기 스피너 공동의 소정 위치에 도달하는데 충분한 운동량으로 상기 용융 유기 재료를 상기 송출관으로부터 배출시키는 단계와, 상기 용융 유기 재료에서 섬유를 원심분리시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 1 항에 있어서, 100 gcm/sec2이상의 운동량으로 상기 용융 유기 재료를 배출시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 1 항에 있어서, 약 300 내지 약 500 gcm/sec2의 운동량으로 상기 용융 유기 재료를 배출시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 배출 단계는, 송출관의 말단에 있으며 상기 평면 위의 지점에 위치된 제한 오리피스에 상기 용융 재료를 통과시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 4 항에 있어서, 100 gcm/sec2이상의 운동량으로 상기 용융 유기 재료를 배출시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 1 항에 있어서, 수직으로부터 약 12°각도에서 상기 송출관으로부터 상기 용융 유기 재료를 배출시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 배출 단계는 다수의 제한 오리피스를 갖는 노즐을 통하여 상기 용융 재료를 배출시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 7 항에 있어서, 상기 배출된 용융 유기 재료를 상기 스피너 공동 내부의 다수의 다른 위치를 향하여 조준하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 유기 재료는 유기 폴리머 재료인 것을 특징으로 하는 방법.
- 유기 폴리머 재료를 섬유화하는 방법으로서, 저부벽과 이 저부벽으로부터 상방으로 뻗어서 상단부에서 끝나는 둘레벽을 구비하며, 저부벽, 둘레벽 및 상기 저부벽에 일반적으로 평행하며 상기 둘레벽의 상단부를 통하여 연장하는 평면에 의해서 한정되는 공동을 갖는 상기 스피너를 회전시켜서 상기 스피너 공동 내부에 난류를 발생시키는 단계와, 상기 스피너 공동의 외부에 위치된 지점에서 끝나는 송출관에 용융 유기 폴리머 재료를 공급하는 단계와, 상기 난류를 극복하고 상기 스피너 공동의 소정 위치에 도달하는데 충분한 운동량으로 상기 용융 유기 폴리머 재료를 상기 송출관으로부터 배출시키는 단계와, 상기 용융 유기 폴리머 재료에서 섬유를 원심분리시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 10 항에 있어서, 100 gcm/sec2이상의 운동량으로 상기 용융 유기 폴리머 재료를 배출시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 10 항에 있어서, 상기 배출 단계는, 스피너 공동의 외부에 있는 지점에 위치되어 약 0.125 cm 내지 약 0.5 cm 의 직경을 가지며 송출관의 말단에 있는 제한 오리피스에 상기 용융 재료를 통과시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 10 항에 있어서, 상기 배출 단계는, 다수의 제한 오리피스를 갖는 노즐에 용융 재료를 통과시키는 단계와, 상기 제한 오리피스를 스피너 공동 내부의 다수의 다른 위치에 조준하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 용융 유기 재료를 섬유화하는 장치로서, 저부벽과 이 저부벽으로부터 상방으로 뻗어서 상단부에서 끝나는 둘레벽을 갖고, 저부벽, 둘레벽 및 상기 저부벽에 일반적으로 평행하며 상기 둘레벽의 상단부를 통하여 연장하는 평면에 의해서 한정되는 스피너 공동을 갖는 원심분리 스피너와, 상기 스피너 공동 내부의 소정에 위치에 도달하는데 충분한 운동량으로 용융 유기 재료를 배출시키며 상기 평면 상부의 지점에서 끝나는 배출 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
- 제 14 항에 있어서, 상기 배출 수단은 송출관과, 송출관의 말단에 위치된 제한 오리피스를 포함하며, 상기 제한 오리피스는 스피너 공동의 외부에 위치되는 것을 특징으로 하는 장치.
- 제 15 항에 있어서, 상기 제한 오리피스는 약 0.125 cm 내지 약 0.5 cm 의 직경을 갖는 것을 특징으로 하는 장치.
- 제 14 항에 있어서, 상기 송출관은 수직과 약 12°각도를 이루는 것을 특징으로 하는 장치.
- 제 14 항에 있어서, 상기 배출 수단은 제한 오리피스를 구비한 노즐과 송출관을 포함하며, 상기 노즐은 스피너 공동 외부에서 송출관의 말단부에 위치되는 것을 특징으로 하는 장치.
- 제 18 항에 있어서, 상기 노즐은 다수의 제한 오리피스를 구비하는 것을 특징으로 하는 장치.
- 제 19 항에 있어서, 상기 제한 오리피스는 스피너 공동 내부의 다수의 다른 위치에 조준되는 것을 특징으로 하는 장치.
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