KR20130054512A - 타이어 보강용 스틸 코드 및 이를 이용한 공기입 래디얼타이어 - Google Patents

타이어 보강용 스틸 코드 및 이를 이용한 공기입 래디얼타이어 Download PDF

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Abstract

본 발명은 1개의 필라멘트로 구성된 제1층 코어, 5개 또는 6개의 필라멘트로 구성된 제2층 코어, 11개 또는 12개의 필라멘트로 구성된 제3층 코어로 구성되고, 상기 제1층 코어를 제2층 코어, 및 제3층 코어가 감싸는 형태로 구성되고, 상기 제1층, 제2층 및 제3층 코어 중 하나 이상의 코어의 필라멘트는 2차원 파형을 가지며, 제2층 코어와 제3층 코어의 꼬임방향이 동일한 것을 특징으로 하는 타이어 보강용 스틸 코드 및 이를 적용한 공기입 래디얼 타이어에 관한 것이다. 본 발명에 따르면 직선 또는 2차원 파형의 제3층 코어를 삽입함으로 인하여 고무침투성 및 내구성이 향상된 공기입 래디얼 타이어를 제공할 수 있다.

Description

타이어 보강용 스틸 코드 및 이를 이용한 공기입 래디얼타이어{TIRE REINFORCING STEEL CORD AND AN Air injection radial tire using the same}
본 발명은 타이어 보강용 스틸 코드 및 이를 이용한 공기입 래디얼 타이어에 관한 것으로, 3층 구조의 1개의 섬유 필라멘트로 구성된 제1층 코어와 이를 감싸는 제 2층 및 제3층 코어의 꼬임 방향 및 꼬임 주기가 동일한 것을 특징으로 하는 타이어 보강용 스틸 코드 및 이를 이용한 고무 침투성 및 내구성이 우수한 공기입 래디얼 타이어에 관한 것이다.
근래 타이어에서는 자원의 절약을 위한 경량화, 오랜 사용이 가능한 내구성, 코너링 승차감이 우수한 고기능성이 요구되어 왔다. 또한, 그 보강재로 사용되는 타이어 보강용 스틸 코드 또한 상술한 기능에 부합되는 특성이 요구되어 왔다.
자동차용 타이어 보강재로 사용하는 스틸 코드의 단면 구조에는 일반적으로 내부에 공극(void)이 존재한다. 상기 공극 내부로 수분이 침투할 경우 모세관 현상에 의해 스틸 코드 전체로 전파되고, 고무와 황동 도금층의 접착 계면을 파괴하여 타이어 주행 시 타이어의 내구성이 약화되는 문제가 발생하다.
통상적으로 트럭 또는 버스에 이용되고 있는 타이어용 스틸 코드는 다수의 필라멘트를 2층연 또는 3층연으로 꼬아서 제조되고 있다. 현재 일반적으로 사용되고 있는 3층연 구조는 1+6+12 구조인데 이의 제조방법을 개략적으로 설명해보면 먼저 6개의 필라멘트를 좌,우 가운데 어느 한 쪽 방향으로 꼬아서 1개로 이루어진 제1층 코어를 감싸고, 12개의 필라멘트를 제2층 코어와 동일한 방향으로 꼬면서 제2층 코어와 꼬임주기를 달리하여 제3층 코어를 형성시키며 일체가 되도록 한다.
이와 같이 1+6+12 구조의 스틸 코드는 컴팩트 구조로써 1층,2층연으로 고무가 거의 침투되지 않아 외력에 의해 침투되는 수분이나 염분 등에 의해 화학적인 부식이 발생 가능성이 매우 높다. 이러한 문제를 개선하기 위해 3층연에서 1개의 필라멘트를 뺀 1+6+11 구조도 시도되고 있으나, 이러한 1+6+11 구조는 1+6+12 구조 대비 2층연으로의 고무침투는 다소 개선되나 불안정한 구조로 단순히 꼬는 공정에 의해 제조 시 제3층 코어 필라멘트가 한쪽으로 치우침이 발생할 소지가 크다. 따라서 1+6+12구조와 마찬가지로 제1,2층 코어로 고무침투가 용이하지 않아 외력에 의해 타이어가 반복적으로 굴곡되면, 필라멘트들 간의 기계적인 마찰과, 외부로부터 침투되는 수분이나 염분 등에 의해 화학적인 부식이 동시에 발생되는 프레팅 피로(Fretting fatigue) 현상이 발생할 소지가 있고, 이를 적용한 타이어의 내구성이 크게 저하되는 문제가 있다.
상기와 같은 3층 구조의 스틸 코드가 갖는 문제점들을 해결하기 위한 방법으로 일본특허공개 제2007-303043호는 1+18 구조로 인장강도를 저하시키지 않으면서 코드 내부에의 고무침투성을 개선하여 내구성을 향상시키기 위하여 3층 구조의 스틸 코드에 있어서, 제1층과 상기 제2층과의 사이에 미가류 고무 배합물을 삽입함과 동시에, 적어도 상기 제3층의 필라멘트에 형부를 실시하여 모든 필라멘트를 최밀상태로 배치했을 때에 형성되는 코드 윤곽의 정점에서의 코드지름 및 비정점에서의 코드지름에 대해서, 상기 제3층의 상기 정점으로 위치하는 필라멘트의 형부율을 9 0 ~ 1 0 5 %로 하고, 상기 제3층의 상기 비정점으로 위치하는 필라멘트의 형부율을 9 5 ~ 1 1 0 %로 한 것을 특징으로 하는 타이어 보강용 스틸 코드를 개시하고 있다. 그러나 이러한 구조의 스틸 코드는 코드 단면 형상이 원형이 아닌 6각형 모양으로 현장 특히 압연공정에서 불량이 발생할 가능성이 크다.
본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 극복하기 위한 것으로, 본 발명의 하나의 목적은 3층 구조의 코드 내부에의 고무 침투성을 개선하여 내구성이 향상된 타이어 보강용 스틸 코드 및 그것을 이용한 공기입 래디얼 타이어를 제공하는 것이다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 하나의 양상은 1개의 필라멘트로 구성된 제1층 코어, 5개 또는 6개의 필라멘트로 구성된 제2층 코어, 11개 또는 12개의 필라멘트로 구성된 제3층 코어로 구성되고, 상기 제1층 코어를 제2층 코어, 및 제3층 코어가 감싸는 형태로 구성되고, 상기 제1층, 제2층 및 제3층 코어 중 하나 이상의 코어의 필라멘트는 2차원 파형을 가지며, 제2층 코어와 제3층 코어의 꼬임방향이 동일한 것을 특징으로 하는 타이어 보강용 스틸 코드에 관한 것이다.
상기 제1층, 제2층 코어 또는 제3층 코어는 연선 전에 하나 이상 또는 모든 필라멘트에 대해서 길이 방향으로 2차원으로 파형이 부여된, 제3층 코어를 구성하는 필라멘트의 1개 내지 전체 필라멘트에 대해서 길이 방향으로 2차원으로 파형이 부여될 수 있다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 양상은 본 발명의 스틸 코드가 카카스부와 체파부 및 벨트부 중 적어도 어느 하나의 보강용 스틸 코드로 적용 되어진 것을 특징으로 하는 공기입 래디얼 타이어에 관한 것이다.
본 발명에 따르면 11개 또는 12개의 필라멘트로 이루어진 제3층 코어에 최소 1개에서 최대 11개 또는 12개까지 2차원 파형을 부여한 필라멘트를 통해 제3층 필라멘트 사이의 공간을 확보하고, 이러한 공간으로 고무 침투가 용이하게 되어, 스틸 코드의 고무접착력이 향상되므로 타이어의 내구성이 향상된다.
또한 제2층 코어와 제3층 코어의 필라멘트들의 꼬임방향이 동일하게 되어 각 필라멘트들이 거의 완전한 선접촉을 하게 되므로 타이어에 적용 시 반복되는 굴곡운동으로 인한 스틸 코드의 제1층과 제2층 사이에서 발생되는 마손부식을 크게 감소시켜 타이어의 내구성을 향상시킬 수 있다.
더욱이 제2층과 제3층의 필라멘트들의 꼬임방향을 동일하게 함으로써 연선 작업을 1단계로 줄일 수 있게 되어, 층 꼬임구조의 경우에 비해 제조 공정수가 저감되기 때문에 생산성을 높일 수 있고 스틸 코드의 제조단가를 절감시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 1+6+12 구조의 타이어 보강용 스틸 코드의 개략 단면도이다.
도 2는 도 1의 스틸 코드의 제1층, 제2층 또는 제3층 코어의 2차원 파형이 부여된 필라멘트의 확대도이다.
이하에서 본 발명의 구성에 대해 첨부 도면을 참조하여 더욱 상세하게 설명한다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서, 관련된 공지의 범용적인 기능 또는 구성에 대한 상세한 설명은 생략하였다. 또한, 이하에서 사용되는 기술용어 및 과학용어를 포함하는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 일반적으로 이해하는 의미와 동일한 의미를 가진다.
본 발명은 타이어 보강용 스틸 코드에 관한 것으로, 1개 필라멘트로 구성된 제1층 코어와 5개 또는 6개의 필라멘트로 구성되어 있는 2층 코어와, 11개 또는 12개 필라멘트로 구성되어 있는 3층 코어로 이루어진 3층 구조를 갖고, 제1층 코어, 제2층 코어 또는 제3층 코어를 구성하는 필라멘트에 있어서, 연선 전에 최소 1개 또는 전체 필라멘트에 대하여 길이 방향으로 2차원으로 파형이 부여되어 고무침투성이 향상되어 타이어 내구성 향상을 도모하도록 하는 스틸 코드 및 이를 이용한 공기입 래디얼 타이어에 관한 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 1+6+12 구조의 타이어 보강용 스틸 코드의 단면을 도시한 개략 단면도이다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예의 타이어 보강용 스틸 코드는 1개의 필라멘트(1a)로 구성된 제1층 코어(1), 6개의 필라멘트(2a)로 구성된 제2층 코어(2), 11개의 필라멘트(3a)로 구성되고, 제2층 코어(2)와 제3층 코어(3)의 꼬임방향은 서로 동일하게 구성된다. 상기 제3층 코어의 꼬임주기는 상기 제2층 코어의 꼬임 주기의 1배 내지 2배일 수 있다.
본 발명의 스틸 코드의 제1층, 제2층 및 제3층 코어 중 하나 이상의 코어의 필라멘트는 길이 방향으로 2차원으로 파형이 부여된다. 제1층 코어(1), 제2층 코어(2) 및 제3층 코어(3)는 길이 방향으로 2차원으로 파형이 부여된 후에, 동일한 연선 공정에 의해서 꼬아 합쳐진다.
본 발명의 스틸 코드에서는 제3층 코어(3)를 구성하는 필라멘트에 있어서 1개 또는 11개 또는 12개 전부에 대해 길이 방향으로 2차원으로 파형이 부여되는데, 2차원 나선형의 형부를 부여한 필라멘트를 통해 제3층 코어(3)의 필라멘트들 사이에 고무가 침투될 수 있는 공간을 확보하여 타이어에 적용 시 내구성 향상을 도모할 수 있다. 한편, 더 많은 고무 침투를 위해서 제1층, 제2층 및 제3층 필라멘트들에 대해서 동일하게 형부를 부여하면 더 큰 효과를 가져올 수 있겠지만, 제조 비용 상승 및 생산성을 고려할 때, 제3층 코어의 필라멘트에만 형부를 부여할 수도 있다.
도 2는 도 1의 스틸 코드의 제1층, 제2층 또는 제3층 코어의 2차원 파형이 부여된 필라멘트의 확대도이다. 도 2를 참조하면, 본 발명의 스틸 코드에서 상기 제1층 코어(1), 제2층 코어(2), 제3층 코어(3)의 최소 1개 또는 모든 필라멘트에 대하여 2차원 파형을 가진 필라멘트로 구성되고, 2차원 파형을 갖는 경우 아래의 조건을 만족시킨다:
L = d3/100 ~100 d3(mm),
A = (0.02 ~ 30) x d3 (mm)
(여기에서 d3는 제3층 코어 필라멘트의 직경(mm)이고, L은 2차원 파형의 파장(mm)이며, A는 2차원 파형의 진폭(mm)임)
또한, 본 발명의 스틸 코드에서 제2층 코어(2)를 구성하는 필라멘트(2a)의 직경(d2)은 0.10~0.40mm이며, 제1층 코어(1)를 구성하는 필라멘트(1a)의 직경(d1) 및 제3층 코어(3)를 구성하는 필라멘트(3a)의 직경(d3)은 제2층 코어(2)를 구성하는 필라멘트(2a)의 직경 (d2)의 0.5~4배의 범위 내인 것이 바람직하다. 또한 상기 동일한 꼬임방향을 갖는 제2층 코어(2) 및 제3층 코어(3)의 꼬임주기는 제2층 코어(2)를 구성하는 필라멘트 직경(d2)의 20~100배이다.
스틸 코드의 제2층 코어(2)를 구성하는 필라멘트(2a)의 필라멘트의 직경을 0.10~0.40 mm로 한 것은, 0.10 mm 미만에서는 충분한 강력을 얻을 수 없고, 필요한 코드 강력을 얻기 위해서, 필라멘트 개수를 증가시킬 필요가 생겨 생산비용이 높아지게 되며, 다른 한편, 0.40 mm 보다 굵으면 강성이 지나치게 높아져서 타이어 성능이 저하되며 반제품 재단 작업시 비도금 부분(절단면)이 넓어져 고무부분과 접착력 저하로 내구 성능이 저할될 가능성이 커지기 때문이다.
제1층 코어(1)를 구성하는 필라멘트(1a의 직경(d1) 및 제3층 코어(3)를 구성하는 필라멘트(3a)의 직경(d3)이 제2층 코어(2)를 구성하는 필라멘트(2a)의 직경 (d2)의 0.5배 미만, 4배를 초과하는 경우에는 원형에 가까운 단면형상을 얻기 어려워 압연작업시 EPI 불량 및 Sheet 평탄성이 나빠질 우려가 있으며, 특히 4배 이상일 경우에는 3층연 구조가 아닌 4층연 이상의 구조가 될 가능성이 크기 때문이다.
이와 같은 조건을 만족하는 2차원 파형을 갖는 제1층, 제2층 또는 제3층 코어는 스틸 코드에 고무를 토핑하는 경우 고무가 침투할 수 있는 공간을 확보하여 타이어의 내구성을 향상시키는 효과를 제공한다.
또한, 제1층 코어(1), 제2층 코어(2) 및 제3층 코어(3)의 필라멘트(1a,2a,3a)는 카본이 0.70~1.20 중량% 함유된 카본 스틸을 인발 가공(Drawing)한 후, 그 표면에 황동, 청동, 동, 아연이나, 황동에 니켈, 또는 황동에 코발트가 함유된 합금을 0.01~5.00 두께로 도금한 것을 이용하는 것이 바람직하다. 이와 같이 제1층, 제2층 및 제3층 코어(1,2,3)의 필라멘트(1a,2a,3a) 표면을 도금 처리하면, 이들 필라멘트(1a,2a,3a)와 고무 간의 상호 접착력이 크게 증가되는 이점을 가진다.
다른 실시예에서, 상기 스틸 코드는 상기 제3층 코어의 외주면을 감싸는 1개의 필라멘트로 구성된 랩핑 코어를 추가로 포함할 수 있다. 즉, 1+5+11, 1+6+11, 1+5+12, 1+6+12 구조에 랩핑 코어로 구성된 1+5+11+w, 1+6+11+w, 1+5+12+w, 1+6+12+w 의 구조로 구성될 수 있다. 래핑 필라멘트의 꼬임방향은 제2층 코어 및 제3층 코어의 필라멘트의 꼬임방향과 반대 방향이고, 꼬임 주기는 2~10 mm이다.
본 발명의 다른 양상은 이상에서 설명한 타이어 보강용 스틸 코드가 타이어의 카카스, 체파부 및 벨트부 중 적어도 어느 하나의 보강용 스틸 코드로 적용되어진 것을 특징으로 하는 공기입 래디얼 타이어에 관계한다.
본 발명의 스틸 코드는 카카스(carcass)부 보강 코드가 배열되는 카카스부와, 벨트부 보강 코드가 타이어 원주 방향으로 나무통의 테와 같이 배치되는 벨트부에 보강용으로 사용될 수 있다. 승용차용 타이어에서는 벨트부에 스틸 코드가, 카카스부에는 공업용 섬유 코드가 사용되며, 트럭, 버스용의 중하중용 타이어에 있어서는, 카카스부, 벨트부 모두 스틸 코드가 사용될 수 있다.
이하에서는 구체적인 실시예를 들어 본 발명을 더욱 구체적으로 설명할 것이나, 이는 단순히 설명의 목적을 위한 것으로 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
[실시예1]
본 발명에 따른 1+6+11 구조의 스틸 구조로 제3층 코어 필라멘트 중 6가닥에 형부를 부여하여 제조하였으며 그 물성 평가를 수행하였다.
[비교예 1]
종래의 1+6+12 구조로 된 스틸 코드로서 그 물성평가를 수행하였다.
[비교예 2]
종래의 1+6+11 구조로 된 스틸 코드로서 그 물성평가를 수행하였다.
상술한 바와 같이 실시하여 수득한 평가 타이어에 대해서, 아래와 같은 측정 방법에 의해서, 피로한계응력, 초기 고무 접착력, 열노화성, 내습성, 내온수성, 및 내염수성을 평가하여, 그 결과를 하기 표 1에 함께 나타내었다.
[물성 평가 방법]
* 피로한계응력은 RBT(Rotating Beam Tester, made in Bekaert)에 의해 측정하였다(피로한계응력에서 100만회 이상 회전)
* 초기 고무접착력은 150x30min 조건에서 Instron사의 ASTM D2229-99에 의해 측정하였다.
* 열노화성은 100의 오븐(oven) 조건에서, 내습성은 70,96%RH 조건에서 각각 노화된 뒤의 접착력 비로 정하였으며, 접착력은 Instron사의 ASTM D2229-99에 의해 측정하였다.
* 내온수성은 70 조건에서, 내염수성은 NaCl 20% 조건에서 각각 노화된 뒤의 접착력 비로 정하였으며, 접착력은 Instron사의 ASTM D2229-99에 의해 측정하였다.
구분 비교예 1 비교예 2 실시예 1
규격 1(0.22)+6+12(0.20) 1(0.22)+6+11(0.20) 1(0.22)+6+11(0.20)
선재 C wt % 0.82 0.82 0.90
심선(제3층)
형부 여부
x x 0
피로한계응력
(kgf/mm2)
100 이상 100 이상 100 이상
초기 접착력
(150℃x30min)
132 129 130
열노화성
(100℃ oven)
7일
14일
21일
124
108
96
124
111
106
127
126
119
내습성
(70℃,96%RH)
7일
14일
21일
124
104
96
125
119
105
126
124
118
내온수성
(70℃)
7일
14일
21일
117
102
95
121
108
97
128
125
120
내염수성
(NaCl 20%)
7일
14일
21일
118
107
85
125
116
100
130
127
120
상기 표 1을 통해서 확인되는 바와 같이, 본 발명에 따른 실시예 1에서 제3층 코어에 2차원 나선형의 형부를 부여한 1+6+11 구조의 스틸 코드가 노화 접착력을 비롯한 내구성 전반에 걸쳐 비교예 1, 비교예 2의 1+6+12 구조와 1+6+11 구조의 스틸 코드 보다 탁월한 효과를 보임을 알 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시 예를 들어 본 발명을 상세하게 설명하였으나 본 발명은 상술한 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자에 의해 많은 변형이 가능함은 자명할 것이다. 따라서 본 발명의 보호범위는 이하의 특허청구범위에서 청구하는 범위 및 그의 균등한 범위에 의해서 정해져야 할 것이다.
1: 제1층 코어 2: 제2층 코어
3: 제3층 코어
1a: 제1층 코어 필라멘트
2a: 제2층 코어 필라멘트
3a: 제3층 코어 필라멘트
d3: 제2층 코어 필라멘트의 직경
A: 제3층 코어의 2차원 파형의 진폭
L: 제3층 코어의 2차원 파형의 파장

Claims (9)

1개의 필라멘트로 구성된 제1층 코어, 5개 또는 6개의 필라멘트로 구성된 제2층 코어, 11개 또는 12개의 필라멘트로 구성된 제3층 코어로 구성되고, 상기 제1층 코어를 제2층 코어, 및 제3층 코어가 감싸는 형태로 구성되고, 상기 제1층, 제2층 및 제3층 코어 중 하나 이상의 코어의 필라멘트는 2차원 파형을 가지며, 제2층 코어와 제3층 코어의 꼬임방향이 동일한 것을 특징으로 하는 타이어 보강용 스틸 코드.
제1항에 있어서, 상기 제3층 코어를 구성하는 필라멘트는 1개 내지 전체 필라멘트에 2차원 파형이 부여된 것을 특징으로 하는 타이어 보강용 스틸 코드.
제1항에 있어서, 상기 제3층 코어를 구성하는 필라멘트는 2차원 파형 형상을 가지고, 제3층 코어 필라멘트의 직경(d3), 2차원 파형의 파장(L), 및 2차원 파형의 진폭(A)이 아래의 식을 만족하도록 구성된 것을 특징으로 하는 타이어 보강용 스틸 코드:
L(mm) = d3/100 ~ 100 d3 (mm),
A = (0.02 ~ 30) x d3 (mm)
제 1항에 있어서, 상기 제3층 코어의 꼬임주기는 상기 제2층 코어의 꼬임 주기의 1배 내지 2배인 것을 특징으로 하는 타이어 보강용 스틸 코드.
제1항에 있어서, 상기 제2층 코어를 구성하는 필라멘트의 직경(d3)은 0.10~0.40mm이고, 제1층 및 제3층 코어를 구성하는 필라멘트 직경(d1, 및 d3)은 제2층 코어 직경(d2)의 0.5~4배이며, 제2층 및 제3층 코어의 꼬임주기는 제2층 필라멘트 직경(d2)의 20~100배인 것을 특징으로 하는 타이어 보강용 스틸 코드.
제1항에 있어서, 상기 스틸 코드는 제1층 코어, 제2층 코어 및 제3층 코어의 구조가 1+5+11, 1+6+11, 1+5+12, 또는 1+6+12의 구조인 것을 특징으로 하는 타이어 보강용 스틸 코드.
제1항에 있어서, 상기 스틸 코드는 상기 제3층 코어의 외주면을 감싸는 1개의 필라멘트로 구성된 랩핑 코어를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 타이어 보강용 스틸 코드.
제1항에 있어서, 상기 제1층, 제2층 및 제3층 코어를 구성하는 필라멘트는 카본 함량이 0.70~1.20 중량% 함유된 카본 스틸을 인발 가공한 후, 그 표면에 황동, 청동, 동, 아연이나, 황동에 니켈, 또는 황동에 코발트가 함유된 합금을 0.01~5.0 두께로 도금한 것임을 특징으로 하는 타이어 보강용 스틸 코드.
제1항 내지 제 8항 중 어느 한 항에 기재된 스틸 코드가 카카스부와 체파부 및 벨트부 중 적어도 어느 하나의 보강용 스틸 코드로 적용 되어진 것을 특징으로 하는 공기입 래디얼 타이어.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR102274567B1 (ko) * 2020-10-16 2021-07-07 홍덕산업(주) 고무 침투성이 우수한 타이어 보강용 스틸코드

Cited By (3)

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CN114381958A (zh) * 2020-10-16 2022-04-22 弘德产业株式会社 橡胶渗透性优异的轮胎加固用钢丝帘线
CN114381958B (zh) * 2020-10-16 2023-10-27 弘德产业株式会社 橡胶渗透性优异的轮胎加固用钢丝帘线

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