KR20110117095A - 플라스틱의 다층 성형품을 제조하기 위한 몰드 및 방법 - Google Patents

플라스틱의 다층 성형품을 제조하기 위한 몰드 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 2개 이상의 몰드 하프 (1, 2, 6), 플라스틱이 수용되는 공동 (4), 및 공급 채널(runner)과 교체가능한 이형 삽입체(separating mould insert) (5)가 포함된 공급 시스템 (9)을 포함하는, 플라스틱의 다층 성형품을 제조하기 위한 몰드, 뿐만 아니라 플라스틱의 다층 성형품을 제조하는 방법에 관한 것이다.

Description

플라스틱의 다층 성형품을 제조하기 위한 몰드 및 방법 {MOULD AND METHOD FOR PRODUCING MULTI-LAYER SHAPED PARTS OF PLASTIC}
본 발명은 2개 이상의 몰드 하프(mould half; 반금형), 플라스틱이 수용되는(received) 공동(cavity), 및 공급 채널이 포함된 공급 시스템으로 구성된 다층 플라스틱 성형품을 제조하기 위한 몰드, 및 또한 다층 플라스틱 성형품의 제조 방법에 관한 것이다.
선행 기술에는 다층 플라스틱 성형품의 제조가 개시되어 있다. EP 197 496 B에는 기판이 2개의 분리가능한 몰드 하프 사이에 주입되는 공정이 기재되어 있다. 기판이 충분히 경화되자마자, 몰드-공동 압력보다 실질적으로 높은 압력이 덮개(covering)에 가해지고, 기판의 전체 표면에 걸쳐 또는 기판의 표면의 영역에 걸쳐 덮인다.
DE 43 16 154 C에는 부품의 가시면(visible-side) 코팅을 위한 공정이 기재되어 있다. 상기 공정에서, 비코팅 부품은 사출 몰드와 유사한 몰드에 배치되고 이어서 수지 또는 코팅물이 압력 및 가열의 사용에 의해 가시 표면에 적용된다. 경화 시간 동안 내내, 압력은 설정된 바와 같이 수지 상에 또는 상기 코팅물 상에 가해지고, 시간이 지나도 일정하며, 임의의 존재하는 공기가 상기 액체 수지 또는 코팅물에 용해된 상태로 남아있도록 선택된다.
EP 934 808 A에는 제1 단계에서 예를 들어 사출 성형 공정에 의해 합성 수지로 구성된 성형품을 제조함으로써 몰드에서 코팅하기 위한 공정이 개시되어 있다. 이는, 하나의 고정된 몰드 하프 및 하나의 이동가능한 몰드 하프를 가지는 몰드에 체결(clamping) 압력을 적용하여 달성된다. 제2 단계에서, 상기 체결 압력이 감소되거나 또는 상기 고정된 몰드 하프 및 이동가능한 몰드 하프가 분리된다. 코팅 조성물은 이어서 몰드내의 성형품의 표면과 내부 표면 사이에 주입된다. 상기 코팅 조성물은 특별한 압력 프로파일의 사용에 의해 경화된다.
WO 2006/072366 A에는 2개 이상의 공동이 포함된 몰드에서 기판을 성형하고 코팅하기 위한 공정이 개시되어 있고, 여기서 기판은 먼저 몰드 내의 공동에서, 바람직하게는 사출 성형 공정에 의해 성형된다. 생성되는 기판은 이어서 몰드의 제2 공동으로 도입되고 추가의 단계에서 압력 하에 코팅물로 코팅된다.
상기 기재한 공정은 바람직하게는 코팅을 위해 반응성 수지 시스템 또는 반응성 코팅 시스템을 사용하고, 이는 기판에 잘 부착되어야 한다. 코팅물의 표면은 바람직하게는 금속성 몰드의 형상을 모사하고, 양호한 이형가능성을 제공하기 위해 코팅물이 상기 금속성 몰드에 부착되어서는 안된다. 따라서 선행 기술은 종종 외부 이형제를 공동의 내부 표면에 적용하여, 이의 형상이 표면 상에 모사되고/되거나 내부 이형제를 코팅 물질에 첨가하고/하거나, 공동의 내부 표면 상에 영구적인 이형 코팅물을 사용한다. 이는 특히 상기 코팅 물질이 공동으로 주입되는 도입부 근처의 몰드 영역에 필요하다. 이 위치에서, 주입 절차 동안 높은 압력 및 전단력이 나타나고, 이는 도입된 외부 이형제의 급속한 제거를 야기하여, 상기 위치에서 이형 작용이 급속하게 상실된다.
외부 이형제 시스템은 예를 들어 보통 몰드의 표면 상에 분무되는 용액 또는 분산액의 형태로 공지되어 있다. 상기 유형의 이형제 시스템은 이형 작용을 가지는 활성 성분 (예를 들어 왁스) 및 캐리어 매질, 일반적으로 유기 용매 또는 물로 구성된다. 외부 이형제의 사용은 예를 들어 DE 1 131 873 A 및 DE 38 27 595 C에 개시되어 있다.
흔히 성형품 제조의 모든 단계 이전에 외부 이형제를 공동에 도입해야 한다. 이는 제조 비용을 발생시키고 제조 공정을 지체시킨다. 또한, 상기 이형제는 성형품의 특성에 영향을 미칠 수 있고 표면 상에 남아있는 잔류물은 공정의 후속 단계 (래커링, 코팅, 라미네이션 등)에서 문제를 일으킬 수 있다. 용매는 또한 이형제로부터 환경으로 새어 나와 생산직 근로자의 건강을 위협할 수도 있다.
특히 코팅 층을 형성하기 위한 도입부의 영역에서 외부 이형제를 사용하는 것의 한가지 특정 단점은 주입 절차에서 상기 외부 이형제가 제거되고 이들을 기판 뒷면과 코팅물 사이의 계면으로 이동시킨다는 것이다. 이는 기판과 코팅물 사이의 부착을 불량하게 한다.
추가적으로, 또는 별법으로, 내부 이형제를 코팅 시스템의 성분에 첨가하는 것이 가능하다. 이러한 유형의 절차는 예를 들어 DE 38 37 351 C에 기재되어 있고, 이는 폴리우레탄 생성물 또는 폴리우레아 생성물의 제조 동안 액체 폴리부타디엔을 폴리올 성분 또는 폴리아민 성분에 첨가한다. 상기 절차의 다른 기재는 문헌 ["Innere Trennmittel fuer Polyurethan-Systeme" [Internal release agents for polyurethane systems], P. Horn, H.-U. Schmidt and G. Ramlow, Kunststoffberater 10/1987, pp. 24-26] 및 ["Kunststoffhandbuch 7. Polyurethane" [Plastics handbook 7 - Polyurethanes], edited by Guenter Oertel, 3rd revised edition, 1993, p. 370, Hanser-Verlag]에서 찾을 수 있다.
내부 이형제의 단점은 이들이 또한 코팅하고자 하는 기판에 대하여 이들의 이형 작용을 가할 수 있다는 것이다. 몰드에 대한 양호한 이형 작용은 기판에 대한 불량한 부착을 수반한다. 또한, 내부 이형제는 코팅물의 특성 및 이에 따른 부품의 특성에 상당한 영향을 미칠 수 있다. 상기 물질의 표면으로의 후속 확산을 항상 막을 수는 없어서, 부품에 대해 부정적인 결과 (광학적 특성, 감촉, 부품으로부터의 배출물)를 초래한다.
선행 기술은 또한 영구적인 몰드 코팅물, 뿐만 아니라 내부 이형제 및 외부 이형제를 사용한다. EP 0 841 140 A 및 DE 100 34 737 A에는 플라즈마 코팅을 통해 표면 에너지를 감소시킴으로써 성형물의 몰드로부터의 이형을 개선시키기 위한 공정이 기재되어 있다. 이들 층은 코팅 시스템이 표면과의 임의의 추가 화학 반응에 유입되지 않도록 하는 방식으로 조절되어야 한다. 그러나, 이 유형의 이형층은 충분한 기계적 안정성을 가지지 않고 짧은 작동 시간을 초래한다. 빈번한 및 이에 따른 고비용의 코팅의 재생이 필요하다. 이를 위해, 몰드를 제조 공정으로부터 제거해야 하므로, 제조공정이 비교적 길게 중단된다.
선행 기술에는 플라즈마 코팅 뿐만 아니라 니켈 코팅물 및 크롬 코팅물이 기재되어 있다. 문헌 ["Kunststoffhandbuch 7. Polyurethane" [Plastics handbook 7 - Polyurethanes], edited by Guenter Oertel, 3rd revised edition, 1993, pp. 362-363, Hanser-Verlag]에는 화학적 니켈 코팅 공정 또는 표면 품질을 개선하기 위한 몰드의 다른 경질 코팅 공정이 개시되어 있다.
EP 0 973 960 B에는 성형품 표면이 전기도금된 층 형태의 크롬 기재 부착방지 코팅을 가지는 몰드에서 발포 성형품을 제조하기 위한 공정이 기재되어 있다. 이온화된 기체 또는 기체 혼합물은 또한 몰드에 주입된다.
영구적인 부착방지 코팅물의 단점은 폴리우레탄 시스템에 대한 이의 작용이 불충분하고, 특히 손상된 경우에 부착방지 작용이 급속하게 상실되며, 부착방지 층의 재생이 비교적 긴 제조공정 중단과 함께 상당한 비용을 발생시킨다는 것이다.
선행 기술에는 또한 제거가능한 몰드 삽입체가 사용되는 공정이 개시되어 있다. EP 1 320 451 B에는 제거가능한 몰드 부품 및 이 제거가능한 몰드 부품 맞은 편에 위치한 하나 이상의 제거가능한 탄성 라이너를 사용하여 성형품을 제조하기 위한 공정이 기재되어 있다. 상기 탄성 라이너는 상기 제거가능한 몰드 부품에 의해 야기되는, 성형품 상에 라인이 임의로 출현하는 것을 방지하는 역할을 한다. 단점은, 성형품이 이형될 때마다, 탄성 라이너가 부수적으로 이형되어 재삽입되어야 한다는 것이다. 또한, 이는 작업 비용을 증가시킨다.
이탈리아 트레짜노 소재의 회사 캐논(Cannon)은 "필름 앤 폼(Film & Foam)"이라 지칭되는 기계를 판매하는데 (http://www.thecannongroup.com/default.asp), 여기서 박막 분리기 호일은 성형품의 제조 이전에 몰드에 삽입된다. 상기 호일은 상기 몰드에서 이를 성형품 표면의 형상에 맞추기 위해 열성형 공정으로 처리되고 이는 이형제를 대신한다. 상기 공정의 단점은 호일의 특성이 표면의 구조화를 제한하고, 언더컷(undercuts)이 가능하지 않으며, 호일의 삽입 및 열성형에 추가 작업이 필요하고, 특정 시간 이후에 상기 분리기 호일은 페기물로 폐기되어야 한다는 것이다.
따라서, 본 발명의 목적은 상기 언급한 단점을 가지지 않는 몰드 및 공정을 제공하는 것이다.
놀랍게도, 상기 목적은 지금까지 사용된 몰드 대신, 제거가능한 분리기 삽입체가 포함된 몰드를 사용함으로써 달성되었다. 삽입체 표면의 형상은 몰드의 것과 동일하고, 이는 바람직하게는 즉각적인-고정 장치를 사용하여 (예를 들어 공기주입 장치 또는 자기 장치를 사용하여) 정교하게 꼭 맞게 삽입된다.
본 발명은 2개 이상의 몰드 하프;
플라스틱이 수용되는 공동; 및
공급 채널과
a) 외부 분리 수단이 포함된 교체가능한 몰드-이형 삽입체 또는 외부 분리 수단이 포함되지 않은 교체가능한 몰드-이형 삽입체 또는
b) 영구적인 또는 반영구적인 분리층이 포함된 교체가능한 몰드-이형 삽입체 또는
c) 영구적으로 분리하는 물질로 구성된 교체가능한 몰드-이형 삽입체 (예를 들어 테플론(Teflon))
가 포함된 공급 시스템
으로 구성된, 다층 플라스틱 성형품을 제조하기 위한 몰드를 제공한다.
본 발명은 또한
i) 몰드의 제1 공동에서 기판을 성형하는 단계,
ii) 단계 i)에서 제조된 기판을 제2 몰드에 도입함으로써, 또는 상기 몰드 중 하나의 몰드 하프를 단계 i)에서 제조된 기판과 함께 제2 몰드에 도입함으로써, 또는 부분적인 몰드 개구부를 통해 상기 기판의 표면 상에 제2 공동을 제조함으로써, 제2 공동을 형성하는 단계,
iii) 상기 제2 공동에서, 코팅물 또는 플라스틱, 또는 코팅물을 제조하기 위한 반응 혼합물 또는 플라스틱을 제조하기 위한 반응 혼합물을 공급 채널 및 교체가능한 몰드-이형 삽입체가 포함된 공급 시스템에 의해 도입하여, 코팅물로 또는 플라스틱으로, 또는 코팅물을 제조하기 위한 반응 혼합물 또는 플라스틱을 제조하기 위한 반응 혼합물로 단계 i)에 따라 제조된 기판을 코팅하는 단계,
iv) 단계 iii)에서 제조된 성형품을 이형시키고 임의로는 성형품의 돌출(projecting) 영역을 제거하는 단계, 및
v) 상기 삽입체에 의해 제공된 분리가 마모 또는 손상으로 인해 덜 효과적이게 된 경우 상기 몰드-이형 삽입체를 교체하는 단계
를 포함하는, 다층 플라스틱 성형품의 제조 방법을 제공한다.
일반적인 용어 코팅 또는 코팅 시스템은 하기에서 코팅물, 플라스틱, 및 코팅물 또는 플라스틱을 제조하기 위한 반응 혼합물을 지칭하기 위해 사용된다.
단계 i)에서의 기판의 성형을 바람직하게는 사출 성형, 사출-압축 성형, 압축 성형, 발포 또는 반응 사출 성형을 통해, 사출 성형 기술에 의해 실시한다. 단계 iii)에서의 기판의 코팅을 바람직하게는, 특히 코팅물 (예를 들어 2-성분 반응 혼합물)을 사용하는 반응 사출 성형 (RIM) 공정, 예를 들어 방향족 폴리우레탄 시스템, 폴리우레아 시스템 또는 지방족 폴리우레탄 시스템을 기재로 하는 것에 의해 실시한다.
본 발명에 따르는 몰드 및 본 발명에 따르는 공정의 이점은 특히 성형품의 몰드로부터의 이형에 있어서 중요한 위치에서 양호한 이형 특성을 가지는 몰드 삽입체를 사용하는 것이 가능하다는 것이다. 이는 도입부 뿐만 아니라 오버플로(overflow) 채널, 및 밀봉 가장자리에 근접한 영역에 및 몰드의 형상화(shaping) 표면 또는 이의 일부에 적용된다. 몰드 삽입체는 또한 덜 고가이고, 이에 따라 이형 작용이 상실되거나 손상되었을 때, 전체 몰드를 교체하거나 수리할 필요 없이, 교체되어야 하는 몰드-이형 삽입체만 교체하면 된다. 몰드의 이용가능 시간이 상당히 증가한다.
또한 여러개의 몰드 삽입체를 동시에 사용하는 것이 가능하다. 이형층은 몰드 외부에 적용될 수 있다. 이형 작용이 상실되는 경우, 새롭게 코팅된 삽입체는 오래되고 닳은 삽입체를 교체하기 위해 사용된다.
몰드에 삽입체를 도입하는 것은 예를 들어 적절한 어댑터 시스템과 함께 로봇에 의해 달성될 수 있다. 어댑터 시스템은 예를 들어 몰드 삽입체를 몰드 내에 고정하기 위해 감압 또는 전기 자석을 사용하는 즉각적인-커플링 시스템을 포함할 수 있다. 삽입체의 교체(changeover)를 위해, 자석 또는 감압이 스위치 오프(switched off)되어, 상기 삽입체가 쉽게 제거될 수 있다.
몰드는 또한 이형력(demoulding force)을 측정하는 장치를 가질 수 있다. 이형력을 측정하는 장치와 커플링되면, 증가된 이형력이 감지되자마자 몰드-이형 삽입체를 새로운 삽입체로 자동적으로 교체하는 메커니즘을 촉발시키는 메커니즘이 존재한다.
몰드-이형 삽입체로 적합한 물질은 필요한 표면 품질 및 필요한 강도를 가지는 임의의 물질이다. 강철 및 상응하는 합금이 특히 적합하다.
한 바람직한 실시양태에서, 몰드-이형 삽입체는 코팅물의 주입을 위한 공급 시스템을 형성하거나, 코팅물을 위한 공동과 직접적으로 인접한 공급 시스템의 일부를 형성한다. 이는 상기 영역에 외부 이형제가 없도록 유지할 수 있어서, 코팅물의 주입시 코팅물의 몰드로의 유동에 의해 이형제가 비말동반되지 않고, 이에 따라 기판과 코팅 사이의 경계층을 통과하게 된다. 이 경우에, 몰드-이형 삽입체의 표면 품질 및 강도에 관한 요구조건이 덜 엄격하다.
몰드-이형 삽입체에 대한 적합한 이형 코팅 물질은 사용된 코팅 시스템에 대해 충분한 이형 작용을 가지고 충분한 작동 시간을 제공하는 임의의 물질 및 코팅물이다.
특히, 코팅 시스템, 특히 PU 시스템에 대하여 선행 기술로부터 공지된 영구적인 이형층이 사용될 수 있다.
또한, 반영구적인 이형 코팅물을 몰드-이형 삽입체에 적용하는 것이 가능하다. 적합한 물질의 예로는 분무, 침지-코팅 또는 도포 공정에 의해 상기 몰드-이형 삽입체에 적용되는, 반응성이고 용매를 함유하는 실리콘 중합체 시스템이 있다. 이형 작용이 상실되는 경우, 상기 몰드-이형 삽입체는 다시 쉽게 세정되고 재코팅될 수 있다. 이 유형의 시스템은 특히 만하임 소재의 회사인 라인 케미 라이나우 게엠베하(Rhein Chemie Rheinau GmbH)에 의해 상품명 레노디프(Renodiv)로 판매된다.
적용될 수 있는 물질의 다른 예에는 영구적인 크롬-니켈 코팅물, 크롬 코팅물, 니켈 코팅물, 니켈 플루오라이드 코팅물 및 중합체 코팅물이 있다. 점진적인 층 및 다수의 저층(sublayers)을 가지는 층이 특히 작동 시간을 개선하기 위해 사용될 수 있다. 적합한 코팅 공정은 특히 화학적 공정, 전기도금 공정, 진공-기반 코팅 공정 (예를 들어 물리적 증기 증착 코팅 공정) 및 플라즈마 코팅 공정이다.
또한 몰드-이형 삽입체 또는 낮은 표면 장력을 가지는 물질로 구성된 표면층을 사용하는 것이 가능하다. 예를 들어 플루오로중합체 (예를 들어 테플론) 또는 폴리올레핀 (예를 들어 폴리에틸렌, 폴리프로필렌)이 사용될 수 있다.
다른 실시양태에서, 박막 호일 또는 라멜라가 예를 들어 공급 시스템에서, 분할 라인(parting line)에서 몰드-이형 삽입체로서 또는 오버플로 채널의 일부로서 사용된다. 상기 삽입체가 성형품의 제조 직전에 예를 들어 로봇을 사용하여 삽입되기 때문에, 삽입체 물질은 임의의 물질-특정 이형 특성을 필요로 하지 않고, 이 성형품에서 이형된다. 부착되어 있는 스프루(sprue) 또는 코팅의 오버플로가 포함된 몰드-이형 삽입체는 실제 성형품으로부터 분리되고 임의로는 적절한 처리 후에 재사용될 수 있다.
본 발명을, 하기 도면을 사용하여 보다 상세하게 설명할 것이다. 도 1 내지 3은 연속 공정에 포함된 원리를 나타낸다. 도 1은 제1 몰드 하프 (1) 및 제2 몰드 하프 (2)로 구성된, 기판을 제조하기 위한 사출성형 몰드를 나타낸다. 상기 기판은 공급 채널 (3)에 의해 기판 공동 (4)에 주입된다. 기판 공동의 측면에 몰드-이형 삽입체 (5)가 존재한다.
기판에 충분한 강도가 달성되면, 제2 몰드 하프 (2)는 제3 몰드 하프 (6)로 교체된다 (도 2). 이어서 제3 몰드 하프 (6), 몰드-이형 삽입체 (5) 및 고화된 기판 (7)은 코팅물을 위한 공동 (8)을 형성한다. 적절한 경우 외부 이형제가 상기 몰드 하프 (6)의 내부 표면에 도포되어야 하지만, 본 발명의 몰드-이형 삽입체는 그러한 도포가 필요 없다. 코팅물이 공급 시스템 (9)에 의해 코팅층을 위한 공동 (8)에 충전된다.
코팅이 경화되면, 도 3에 나타낸 코팅된 부품 (성형품)이 이형될 수 있다. 이 성형품은 기판 물질 (7), 코팅물 (10) 및 이형 후에 성형품으로부터 분리된 측면 돌출물(projections) (11)로 구성된다.

Claims (9)

  1. 2개 이상의 몰드 하프(mould half; 반금형);
    플라스틱이 수용되는(received) 공동; 및
    공급 채널과
    a) 외부 분리 수단이 포함된 교체가능한 몰드-이형 삽입체 또는 외부 분리 수단이 포함되지 않은 교체가능한 몰드-이형 삽입체 또는
    b) 영구적인 또는 반영구적인 분리층이 포함된 교체가능한 몰드-이형 삽입체 또는
    c) 영구적으로 분리하는 물질로 구성된 교체가능한 몰드-이형 삽입체
    가 포함된 공급 시스템
    으로 구성된, 다층 플라스틱 성형품을 제조하기 위한 몰드.
  2. 제1항에 있어서, 상기 몰드-이형 삽입체가 반영구적인 반응성 실리콘 중합체로 코팅되는 것을 특징으로 하는 몰드.
  3. 제1항에 있어서, 상기 몰드-이형 삽입체가 공급 시스템, 분리선, 오버플로 챔버 또는 이의 일부를 형성하는 것을 특징으로 하는 몰드.
  4. 제1항에 있어서, 상기 몰드-이형 삽입체가 몰드 내에서 공기주입 장치 또는 자기 장치에 의해 지지되는 것을 특징으로 하는 몰드.
  5. i) 몰드의 제1 공동에서 기판을 성형하는 단계,
    ii) 단계 i)에서 제조된 기판을 제2 몰드에 도입함으로써, 또는 상기 몰드 중 하나의 몰드 하프를 단계 i)에서 제조된 기판과 함께 제2 몰드에 도입함으로써, 또는 부분적인 몰드 개구부를 통해 상기 기판의 표면 상에 제2 공동을 제조함으로써, 제2 공동을 형성하는 단계,
    iii) 상기 제2 공동에서, 코팅물 또는 플라스틱, 또는 코팅물을 제조하기 위한 반응 혼합물 또는 플라스틱을 제조하기 위한 반응 혼합물을 공급 채널 및 교체가능한 몰드-이형 삽입체가 포함된 공급 시스템에 의해 도입하여, 코팅물로 또는 플라스틱으로, 또는 코팅물을 제조하기 위한 반응 혼합물 또는 플라스틱을 제조하기 위한 반응 혼합물로 단계 i)에 따라 제조된 기판을 코팅하는 단계,
    iv) 단계 iii)에서 제조된 성형품을 이형시키고 임의로는 성형품의 돌출(projecting) 영역을 제거하는 단계, 및
    v) 상기 삽입체에 의해 제공된 분리가 마모 또는 손상으로 인해 덜 효과적이게 된 경우 상기 몰드-이형 삽입체를 교체하는 단계
    를 포함하는, 다층 플라스틱 성형품의 제조 방법.
  6. 제5항에 있어서, 단계 iii)에서의 코팅이 반응 사출 성형 (RIM) 공정에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제5항에 있어서, 단계 i)에서의 기판의 성형을 사출 성형, 사출-압축 성형, 압축 성형, 발포 또는 반응 사출 성형에 의해 실시하는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제5항에 있어서, 자유-라디칼 메커니즘 또는 이온성 메커니즘에 의해 또는 중부가반응에 의해 경화되는 반응성 코팅 시스템이 사용되는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 제5항에 있어서, 사용된 반응성 코팅 시스템이 용매-무함유 지방족 폴리우레탄 시스템 또는 다른 폴리우레탄 시스템, 또는 폴리우레아 시스템을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
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