KR20160084877A - Front seat cushion frame using complex material applied continuous fiber - Google Patents

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    • B32B5/24—Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts characterised by the presence of two or more layers which are next to each other and are fibrous, filamentary, formed of particles or foamed one layer being a fibrous or filamentary layer

Abstract

The present invention relates to a front seat cushion frame using complex materials with reinforced continuous fiber, comprising: a main frame of the seat cushion frame made by preheating thermoplastic resin with reinforced short fiber or long fiber in an oven and molding it at once; and a reinforcing rod molded and unified together with the main frame of the frame to be locally reinforced on the main frame of the frame. The reinforcing rod is made of one of a thermoplastic resin with reinforced continuous fiber made in the shape of a rod, a thermoplastic resin made in the shape of a seat bar having a thickness, and a plurality of prepregs piled up after making a prepreg on a UD tape. The present invention is able to make complex materials by mixing continuous fiber with thermoplastic resin, to make a seat cushion frame by molding it at once, to reduce work hours, manufacturing costs, and weight, and to increase productivity and strength.

Description

연속섬유 보강 복합소재 적용 프론트 시트 쿠션 프레임{FRONT SEAT CUSHION FRAME USING COMPLEX MATERIAL APPLIED CONTINUOUS FIBER}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a front seat cushion frame,

본 발명은 연속섬유 보강 복합소재 적용 프론트 시트 쿠션 프레임에 관한 것으로, 보다 상세하게는 4개의 파트별로 개발되어 개별 용접되던 기존 스틸 프레임을 완전히 대체하여 GMT(Glassfiber Matreinforced Thermoplastics)와 CFRTPC(Continuous Fiber Reinforced Thermoplastics)를 혼용하여 경량화시킴은 물론 하나의 파트로 일체화시켜 공정 간소화 및 제조비용 절감을 달성할 수 있는 연속섬유 보강 복합소재 적용 프론트 시트 쿠션 프레임에 관한 것이다.
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a front seat cushion frame for continuous fiber-reinforced composite material, and more particularly, to a front seat cushion frame for continuous fiber- The present invention also relates to a front seat cushion frame employing a continuous fiber reinforced composite material capable of achieving process simplification and reduction in manufacturing cost by integrating a single part into a single part.

일반적으로, 자동차의 시트 쿠션 프레임은 시트 쿠션의 주된 뼈대로서 시트 쿠션은 탑승자의 엉덩이를 받쳐 주어 편안하고 안락한 탑승환경을 제공해 주는 수단이다.Generally, a seat cushion frame of an automobile is a main skeleton of a seat cushion, and a seat cushion is a means for supporting a passenger's hips to provide a comfortable and comfortable boarding environment.

때문에, 도 1의 예시와 같이 충분한 강도와 견고함을 유지할 수 있도록 스틸 소재로 된 시트 쿠션 프레임(10)이 제작되어 왔다.Therefore, a seat cushion frame 10 made of a steel material has been manufactured so that sufficient strength and rigidity can be maintained as shown in Fig.

특히, 차량용 시트는 상당히 많은 성능이 요구되는데, 높은 기계적 물성을 요하는 여러 강도시험들 뿐만 아니라, 미려한 외관품질 수준을 동시에 만족해야 한다.In particular, vehicle seats require a great deal of performance, and must satisfy not only a number of strength tests requiring high mechanical properties, but also a beautiful appearance quality level.

이와 같이, 요구성능이 점점 까다로와 짐에 따라 시트의 구성 역시 점점 복잡해지고 부품수가 많아지고 있는데, 이는 현재 시트 시스템에서 주된 단점으로 지적받고 있다.In this way, as the required performance becomes more and more complicated, the structure of the sheet becomes increasingly complicated and the number of parts is increasing, which is pointed out as a main drawback in the present sheet system.

무엇보다도, 도 1에 도시된 바와 같이 종래 시트 쿠션 프레임(10)은 4개의 서로 다른 부품, 즉 프론트 패널(12), 2개의 사이드멤버(14) 및 리어멤버(16)가 개별적으로 제작된 후 용접 방식을 통해 서로 접합되어 하나의 시트 쿠션 프레임(10)이 완성되었기 때문에 일 예로 총 중량이 3.35kg에 이를 정도로 중량이 커 차량의 연비를 떨어뜨리는 단점이 있다.First of all, as shown in Fig. 1, the conventional seat cushion frame 10 has four different parts, that is, the front panel 12, the two side members 14 and the rear member 16 are separately manufactured Since one seat cushion frame 10 is completed by welding, the weight of the seat cushion frame 10 is as high as 3.35 kg.

뿐만 아니라, 제조과정도 복잡하고 용접과정을 수반하고 있으므로 작업성이 떨어지며, 그에 따라 생산성도 하락하는 단점이 있으며, 외관 품질도 떨어지는 단점이 있다.In addition, since the manufacturing process is complicated and involves the welding process, the workability is deteriorated, the productivity is also lowered, and the appearance quality is also deteriorated.

이와 관련된 선행기술로는 등록특허 제1211847호, 등록특허 제0520209호 등이 개시된 바 있다.
Prior art related to this is disclosed in Patent No. 1211847 and Patent No. 0520209.

본 발명은 상술한 바와 같은 요청에 부응하기 위해 창출된 것으로, 기존 스틸로 용접 제작되던 고중량의 시트 쿠션 프레임을 대체하여 경량화는 물론 설계자유도를 증대시킨 연속섬유 보강 복합소재 적용 프론트 시트 쿠션 프레임을 제공함에 그 주된 목적이 있다.
The present invention provides a front seat cushion frame for a continuous fiber reinforced composite material, which is produced by welding a conventional seat steel cushion frame to replace a heavyweight seat cushion frame, There is a main purpose in.

본 발명은 상기한 목적을 달성하기 위한 수단으로, 단섬유 또는 장섬유가 보강된 열가소성수지를 오븐에서 예열한 후 한 번에 성형한 시트 쿠션 프레임본체; 상기 프레임본체에 국부적으로 보강되게 상기 프레임본체 성형시 함께 성형되어 일체화되는 보강대;를 포함하는 연속섬유 보강 복합소재 적용 프론트 시트 쿠션 프레임에 있어서; 상기 보강대는 연속섬유가 강화된 열가소성수지를 로드 형태로 뽑아낸 것 혹은 두께를 갖는 시트 바 형태로 뽑아낸 것 혹은 UD 테이프 상인 프리프레그를 만든 후 다수매의 프리프레그를 적층한 것 중 어느 하나로 이루어진 것을 특징으로 하는 연속섬유 보강 복합소재 적용 프론트 시트 쿠션 프레임을 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a seat cushion frame comprising: a seat cushion frame main body formed by molding a thermoplastic resin reinforced with short or long fibers in an oven; And a reinforcing frame formed integrally with the frame body to be reinforced locally at the time of molding the frame body, the front seat cushion frame comprising: The reinforcing bar may be formed of a rod-shaped thermoplastic resin reinforced with continuous fibers or a sheet bar formed into a thick sheet or a prepreg made of a UD tape and then laminated with a plurality of prepregs Wherein the front seat cushion frame is made of a continuous fiber reinforced composite material.

또한, 상기 보강대를 구성하는 연속섬유는 아라미드 섬유, 카본 섬유, 부직섬유(Fabri) 중 어느 하나인 것에도 그 특징이 있다.The continuous fiber constituting the reinforcing bar is also characterized by being one of aramid fiber, carbon fiber and non-woven fabric (Fabri).

뿐만 아니라, 상기 보강대를 구성하는 열가소성수지는 폴리프로필렌(PP) 수지, 폴리아미드(PA) 수지, 폴리에틸렌(PE) 수지 중 어느 하나인 것에도 그 특징이 있다.In addition, the thermoplastic resin constituting the reinforcing bar is also characterized by being any one of a polypropylene (PP) resin, a polyamide (PA) resin and a polyethylene (PE) resin.

아울러, 상기 보강대를 구성하는 연속섬유와 열가소성수지는 45-80:20-55의 중량비로 혼합한 것이 사용되는 것에도 그 특징이 있다.In addition, the continuous fibers constituting the reinforcing bar and the thermoplastic resin are mixed with each other at a weight ratio of 45-80: 20-55.

또한, 상기 보강대는 로드 형태로 이루어지고, 상기 로드의 단면은 원형, ㄷ형, ㄴ형, T형, 원형 중공, 사각 중공 중 어느 하나인 것에도 그 특징이 있다.Also, the reinforcing bar is in the form of a rod, and the cross section of the rod is characterized by being either circular, c-shaped, b-shaped, T-shaped, circular hollow or rectangular hollow.

그리고, 상기 로드는 금형에 투입될 때 여러 가닥이 꼬인 상태로 투입되어 성형된 것에도 그 특징이 있다.
Further, the rod is characterized in that it is put in a state in which a plurality of strands are twisted when being put into a mold.

본 발명에 따르면, 연속섬유를 열가소성 수지와 혼합하여 복합소재를 만들고, 이를 한 번에 성형하여 시트 쿠션 프레임을 제작할 수 있으므로 작업공수 절감은 물론 제조비용 절감, 생산성 향상, 강도 증대, 중량 절감의 효과를 얻을 수 있다.
According to the present invention, it is possible to manufacture a seat cushion frame by mixing a continuous fiber with a thermoplastic resin to form a composite material and molding the same at a time, thereby reducing the manufacturing cost and productivity as well as improving productivity, Can be obtained.

도 1은 종래 기술에 따른 자동차용 시트 쿠션 프레임의 예시도이다.
도 2는 본 발명에 따른 연속섬유 보강 복합소재 적용 프론트 시트 쿠션 프레임의 예시도이다.
도 3은 본 발명에 따른 연속섬유 보강 복합소재 적용 프론트 시트 쿠션 프레임의 REAR SLED 성능 요구조건 및 테스트 결과를 보인 도면이다.1 is an exemplary view of a seat cushion frame for a vehicle according to the prior art.
2 is a view illustrating an example of a front seat cushion frame using a continuous fiber reinforced composite material according to the present invention.
FIG. 3 is a view showing REAR SLED performance requirements and test results of a front seat cushion frame using a continuous fiber reinforced composite material according to the present invention.

이하에서는, 첨부도면을 참고하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하기로 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 발명 설명에 앞서, 이하의 특정한 구조 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며, 본 명세서에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니된다.Before describing the present invention, the following specific structural or functional descriptions are merely illustrative for the purpose of describing an embodiment according to the concept of the present invention, and embodiments according to the concept of the present invention may be embodied in various forms, And should not be construed as limited to the embodiments described herein.

또한, 본 발명의 개념에 따른 실시예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로, 특정 실시예들은 도면에 예시하고 본 명세서에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시예들을 특정한 개시 형태에 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경물, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.In addition, since the embodiments according to the concept of the present invention can make various changes and have various forms, specific embodiments are illustrated in the drawings and described in detail herein. However, it should be understood that the embodiments according to the concept of the present invention are not intended to limit the present invention to specific modes of operation, but include all modifications, equivalents and alternatives falling within the spirit and scope of the present invention.

도 2의 (a),(b)에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 연속섬유 보강 복합소재 적용 프론트 시트 쿠션 프레임은 프레임본체(100) 및 상기 프레임본체(100)에 국부적으로 보강된 보강대(200)를 포함하여 구성된다.2 (a) and 2 (b), the front seat cushion frame of the continuous fiber reinforced composite material according to the present invention includes a frame body 100 and a reinforcing bar (not shown) reinforced locally on the frame body 100 200).

이때, 상기 프레임본체(100)는 유리섬유가 강화된 열가소성수지, 이를 테면 GMT 또는 LFT로 이루어질 수 있다.At this time, the frame body 100 may be made of glass fiber-reinforced thermoplastic resin, such as GMT or LFT.

이 경우, 상기 열가소성수지를 강화하는 유리섬유는 반드시 유리섬유를 사용해야 하는 것은 아니며, 아라미드섬유, 카본섬유 또는 천연섬유 중 어느 하나가 사용될 수 있다.In this case, the glass fiber reinforcing the thermoplastic resin does not necessarily use glass fiber, and any one of aramid fiber, carbon fiber and natural fiber may be used.

또한, 상기 유리섬유 등의 보강섬유는 단섬유 혹은 장섬유 형태로 보강되며, 방향성을 갖거나 혹은 방향성을 갖지 않는 경우 모두를 포함한다.In addition, the reinforcing fibers such as glass fibers are reinforced in the form of short fibers or long fibers, and include all of those having no directionality or no directionality.

즉, 일정길이로 잘라진 단섬유 형태 혹은 장섬유 형태의 유리섬유를 임의방향 또는 일정방향으로 우번(Woven) 또는 넌우번(Non-Woven) 형태로 직조되거나 직접 매트릭스에 해당하는 레진에 혼합하는 형태로 이루어진다.That is, a glass fiber of a short fiber type or a long fiber type cut in a predetermined length may be woven in a woven or non-woven form in an arbitrary direction or in a certain direction or mixed with a resin corresponding to a matrix directly .

뿐만 아니라, 상기 보강섬유(유리섬유, 아라미드섬유, 카본섬유 등)가 보강되는 열가소성수지의 경우에도 폴리프로필렌수지 뿐만 아니라, PA, PE가 될 수 있다.In addition, in the case of the thermoplastic resin reinforced with the reinforcing fibers (glass fiber, aramid fiber, carbon fiber, etc.), not only polypropylene resin but also PA and PE can be obtained.

그리고, 상기 프레임본체(100)는 상기 보강섬유가 강화된 열가소성수지로 된 시트를 오븐에 통과시켜 예열한 후 금형에 넣고 가압 프레스하여 상기 시트 쿠션 프레임의 형상을 갖도록 일체로 성형된다.The frame body 100 is pre-heated by passing the sheet made of the thermoplastic resin reinforced with the reinforcing fibers through an oven, and is then pressed into a mold and integrally molded to have the shape of the seat cushion frame.

때문에, 기존처럼 4개의 파트로 분리하여 개별 제작 후 서로 용접할 필요없이 한 번에 일체 성형이 가능하게 된다.Therefore, it is possible to separate the parts into four parts as in the conventional method, and to integrally mold the parts in one operation without having to individually weld them after welding.

한편, 상기 보강대(200)는 유리섬유, 아라미드섬유, 카본 섬유, 부직섬유(Fabri) 등을 단섬유 또는 장섬유가 아닌 연속섬유로 하여 열가소성수지, 이를 테면 폴리프로필렌수지(PP) 수지, 폴리아미드(PA) 수지, 폴리에틸렌(PE) 수지 등에 함침시켜 그 단면이 원형, ㄷ형, ㄴ형, T형, 원형 중공, 사각 중공 등 다양한 단면 형상을 갖는 로드 형태로 뽑아낸 형태가 될 수 있다.The reinforcing bar 200 may be formed of a thermoplastic resin such as a polypropylene resin (PP) resin, a polyamide resin (PP) resin, (PA) resin, a polyethylene (PE) resin or the like and drawn in a rod shape having various sectional shapes such as circular, c-shaped, b-type, T-shaped, circular hollow and rectangular hollow.

이러한 연속섬유 보강 열가소성수지는 CFRTPC(Continuous Fiber Reinforced Thermoplastics)라 한다.Such a continuous fiber reinforced thermoplastic resin is called CFRTPC (Continuous Fiber Reinforced Thermoplastics).

또한, 경우에 따라서는 기계적 강도가 요구되는 범위와 사이즈에 따라 CFRTPC 로드의 갯수가 달라질 수 있으며, 로드가 아닌 시트 바(Sheet Bar) 타입이될 수도 있다.In some cases, the number of CFRTPC rods may vary depending on the range and size of the mechanical strength, and may be a sheet bar type rather than a rod.

이때, 시트 바 타입은 두께를 갖는 판형을 말한다.At this time, the seat bar type refers to a plate type having a thickness.

뿐만 아니라, 상기 보강대(200)는 상기 CFRTPC를 얇은 UD 테이프인 프리프레그(Prepreg) 형태로 만들고, 이 프리프레그를 여러장 적층시키되, 물성에 맞게 적층 각도를 조절하여 물성에 적합한 보강대(200)를 구성하도록 만들 수 있다.In addition, the reinforcing bar 200 is made of CFRTPC in the form of a prepreg, which is a thin UD tape, and a plurality of prepregs are stacked, and a reinforcing bar 200 suitable for physical properties is prepared by adjusting the stacking angle .

예컨대, 적층형태는 프리프레그를 0도-90도-0도-90도, 0도-90도-90도-0도, 0도-0도-0도-0도, 45도-45도-45도-45도, 0도-45도-45도-0도, ........ 등과 같이, 다양한 형태로 적층할 수 있다.For example, the laminate may have a shape of 0 - 90 degrees - 0 - 90 degrees, 0 degrees - 90 degrees - 90 degrees - 0 degrees, 0 degrees - 0 degrees - 0 degrees - 0 degrees, 45 ° -45 °, 0 ° -45 ° -45 ° -0 °, ..., and so on.

여기에서, 상기 보강대(200)를 구성하는 연속섬유와 열가소성수지는 45-80:20-55의 중량비로 혼합할 때 중량을 줄이면서 기계적 강도를 확보할 수 있는 가장 적합한 비율이다.Here, the continuous fibers constituting the reinforcing bar 200 and the thermoplastic resin are the most suitable ratios for achieving mechanical strength while reducing weight when mixing at a weight ratio of 45-80: 20-55.

이러한 보강대(200)는 시트 쿠션 프레임을 구성하기 위해 다수의 로드 혹은 시트 바 혹은 프리프레그 적층타입의 소재를 오븐에 히팅시켜 금형 안에 재치되어 있는 프레임본체(100)의 상면에 국부적으로 안착시킨 상태에서 가압 프레스하여 일체화되게 구성할 수 있다.In order to construct the seat cushion frame, a plurality of rod, sheet bar or prepreg laminated type materials are heated in the oven and locally mounted on the upper surface of the frame body 100 placed in the mold They can be integrally press-pressed.

이때, 상기 보강대(200)와 프레임본체(100)는 서로 동질이므로 계면에서의 결합력이 우수하여 접합성이 뛰어나기 때문에 쉽게 분리 이탈되지 않고 일체화가 용이하며 우수하다.At this time, since the reinforcing bar 200 and the frame body 100 are made of the same material, they are easily separated from each other because they have excellent bonding force at the interface and are excellent in bonding property.

특히, 로드 형태일 경우에는 로드 가닥을 서로 꼬아 투입하게 되면 인장강도는 물론 충격강도까지 향상시킬 수 있다.Particularly, in the case of the rod type, when the rod strands are twisted to each other, the tensile strength as well as the impact strength can be improved.

이러한 시트 쿠션 프레임의 특성, 특히 REAR SLED 성능 특성을 확인하기 위해 그 스펙을 보인 도 3의 (a)와 비교하여 본 발명 프레임을 테스트한 결과, (b)와 같이 스펙을 충분히 충족시키고 있음을 확인할 수 있었다.In order to confirm the characteristics of such a seat cushion frame, in particular, REAR SLED performance characteristics, the present invention frame was tested in comparison with FIG. 3 (a) showing the specification thereof. As a result, I could.

뿐만 아니라, 본 발명에 따르면 시트 쿠션 프레임의 중량을 2.68kg 까지 줄일 수 있어 종래 스틸재 대비 20%의 중량 절감 효과도 얻을 수 있다.In addition, according to the present invention, the weight of the seat cushion frame can be reduced to 2.68 kg, resulting in a weight saving of 20% compared to the conventional steel material.

이와 같이, 본 발명에 따른 연속섬유 보강재는 성질상 GMT와 유사하기 때문에 GMT 성형다이에서 함께 성형할 수 있는 장점이 있으므로 전환 사용함에 있어 추가 설비없이 구현할 수 있는 장점을 가진다.
Since the continuous fiber reinforcing material according to the present invention is similar in GMT to the GMT, it can be molded together with the GMT molding die.

100: 프레임본체 200: 보강대100: frame body 200:

Claims (6)

단섬유 또는 장섬유가 보강된 열가소성수지를 오븐에서 예열한 후 한 번에 성형한 시트 쿠션 프레임본체; 상기 프레임본체에 국부적으로 보강되게 상기 프레임본체 성형시 함께 성형되어 일체화되는 보강대;를 포함하는 연속섬유 보강 복합소재 적용 프론트 시트 쿠션 프레임에 있어서;
상기 보강대는 연속섬유가 강화된 열가소성수지를 로드 형태로 뽑아낸 것 혹은 두께를 갖는 시트 바 형태로 뽑아낸 것 혹은 UD 테이프 상인 프리프레그를 만든 후 다수매의 프리프레그를 적층한 것 중 어느 하나로 이루어진 것을 특징으로 하는 연속섬유 보강 복합소재 적용 프론트 시트 쿠션 프레임.
A seat cushion frame body formed by molding a thermoplastic resin reinforced with short fibers or long fibers in one time after preheating the same in an oven; And a reinforcing frame formed integrally with the frame body to be reinforced locally at the time of molding the frame body, the front seat cushion frame comprising:
The reinforcing bar may be formed of a rod-shaped thermoplastic resin reinforced with continuous fibers or a sheet bar formed into a thick sheet or a prepreg made of a UD tape and then laminated with a plurality of prepregs A front seat cushion frame adapted to a continuous fiber reinforced composite material.
청구항 1에 있어서;
상기 보강대를 구성하는 연속섬유는 아라미드 섬유, 카본 섬유, 부직섬유(Fabri) 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 연속섬유 보강 복합소재 적용 프론트 시트 쿠션 프레임.
The method of claim 1,
Wherein the continuous fiber constituting the reinforcing bar is one of aramid fiber, carbon fiber, and non-woven fabric (Fabri).
청구항 1에 있어서;
상기 보강대를 구성하는 열가소성수지는 폴리프로필렌(PP) 수지, 폴리아미드(PA) 수지, 폴리에틸렌(PE) 수지 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 연속섬유 보강 복합소재 적용 프론트 시트 쿠션 프레임.
The method of claim 1,
Wherein the thermoplastic resin constituting the reinforcing bar is any one of a polypropylene (PP) resin, a polyamide (PA) resin, and a polyethylene (PE) resin.
청구항 1에 있어서;
상기 보강대를 구성하는 연속섬유와 열가소성수지는 45-80:20-55의 중량비로 혼합한 것이 사용되는 것을 특징으로 하는 연속섬유 보강 복합소재 적용 프론트 시트 쿠션 프레임.
The method of claim 1,
Wherein the continuous fibers and the thermoplastic resin constituting the reinforcing bar are mixed in a weight ratio of 45-80: 20-55.
청구항 1에 있어서;
상기 보강대는 로드 형태로 이루어지고, 상기 로드의 단면은 원형, ㄷ형, ㄴ형, T형, 원형 중공, 사각 중공 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 연속섬유 보강 복합소재 적용 프론트 시트 쿠션 프레임.
The method of claim 1,
Wherein the reinforcing bar is in the form of a rod and the cross section of the rod is any one of circular, c-shaped, b-shaped, T-shaped, circular hollow and rectangular hollow.
청구항 5에 있어서;
상기 로드는 금형에 투입될 때 여러 가닥이 꼬인 상태로 투입되어 성형된 것을 특징으로 하는 연속섬유 보강 복합소재 적용 프론트 시트 쿠션 프레임.The method of claim 5, further comprising:
Wherein the rod is molded in a state in which a plurality of strands are twisted when being inserted into a mold, thereby forming a front seat cushion frame for a continuous fiber reinforced composite material.
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