LU88234A1 - HOLLOW PROFILE EXTRUSION PROCESS - Google Patents
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Description
Procédé d’extrusion de profilés creuxExtrusion process for hollow profiles
La présente invention concerne un procédé d'extrusion de profilés creux, tubes et similaires en matériaux polymères à structure de paroi composite dans lesquels, vu en coupe transversale, une couche polymère de structuration différente se raccorde comme partie de paroi intermédiaire à une paroi extérieure en matériau polymère compact, la partie de paroi intermédiaire étant à nouveau recouverte, vers l'intérieur, d'une paroi en matériau polymère compact ; l'invention concerne également un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé.The present invention relates to a method for extruding hollow sections, tubes and the like from polymeric materials with a composite wall structure in which, seen in cross section, a polymer layer of different structure is connected as an intermediate wall part to an outer wall in compact polymer material, the intermediate wall portion being again covered, inwardly, with a wall of compact polymer material; the invention also relates to a device for implementing the method.
On connaît par le fascicule de brevet européen n° 0 019 564 un procédé de fabrication de tubes en matière plastique par extrusion, les tubes en matière plastique ainsi réalisés présentant une structure de paroi multicouches. Un matériau de remplissage est introduit entre la paroi extérieure et la paroi intérieure au cours du processus de coextrusion.European patent specification No. 0 019 564 discloses a method of manufacturing plastic tubes by extrusion, the plastic tubes thus produced having a multilayer wall structure. A filling material is introduced between the outer wall and the inner wall during the coextrusion process.
Dans les procédés connus de coextrusion, la matière plastique pour la paroi extérieure et la paroi intérieure est refoulée par une extru-deuse dans une tête distributrice. Cette matière plastique y est séparée en deux voies d'écoulement s'étendant coaxialement et, à partir d'une autre extrudeuse, on introduit entre ces voies d'écoulement le matériau de remplissage, qui constitue la troisième voie d'écoulement. En rapprochant et mettant en contact mutuel ces trois couches, on forme une structure à trois couches qui, à sa sortie de la tête distributrice, voit son diamètre augmenté puis réduit à la dimension finale souhaitée, en comprimant le matériau de remplissage.In known methods of coextrusion, the plastic material for the outer wall and the inner wall is forced by an extruder into a dispensing head. This plastic material is separated there into two flow paths extending coaxially and, from another extruder, the filling material is introduced between these flow paths, which constitutes the third flow path. By bringing these three layers together and bringing them into mutual contact, a three-layer structure is formed which, at its exit from the dispensing head, sees its diameter increased and then reduced to the desired final dimension, by compressing the filling material.
Le dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé-possède une tête distributrice pouvant être chauffée et réglée, qui est alimentée par une extrudeuse pour la paroi extérieure et la paroi intérieure, et par une autre extrudeuse pour le matériau de remplissage.The device for implementing this process has a heatable and adjustable dispensing head, which is supplied by an extruder for the outer wall and the inner wall, and by another extruder for the filling material.
La tête distributrice proprement dite présente des éléments de séparation pour former les différentes voies d'écoulement, et elle possède un dispositif pour introduire le matériau de remplissage entre les deux voies d'écoulement pour la matière plastique pour la paroi extérieure et la paroi intérieure.The actual dispensing head has separating elements to form the different flow paths, and it has a device for introducing the filling material between the two flow paths for the plastic material for the outer wall and the inner wall.
L'outil possède, en raccordement à la tête distributrice, un mandrin d'outil présentant une partie conique ·divergente, sur laquelle les trois couches du tube sont amenées à un diamètre maximal. Dans la région du diamètre maximal, le mandrin d'outil est assemblé à l'outil par des supports du genre nervures. Les supports du genre nervures traversent radialement les couches du tube, et ces points de séparation sont à nouveau réunis et assemblés par soudage une fois que les couches du tube ont passé la région des supports. Après avoir passé le développement radial maximal du mandrin d'outil (qui est supérieur au diamètre du tube définitif), les trois couches du tube sont amenées aux dimensions du tube définitif dans une partie convergente du mandrin d'outil, en comprimant la couche intermédiaire.The tool has, in connection with the dispensing head, a tool mandrel having a conical · divergent part, on which the three layers of the tube are brought to a maximum diameter. In the region of the maximum diameter, the tool chuck is assembled to the tool by supports of the rib type. The supports of the rib type pass radially through the layers of the tube, and these separation points are again joined and assembled by welding once the layers of the tube have passed the region of the supports. After having passed the maximum radial development of the tool mandrel (which is greater than the diameter of the final tube), the three layers of the tube are brought to the dimensions of the final tube in a converging part of the tool mandrel, compressing the intermediate layer .
Ce procédé et ce dispositif selon l'état de la technique permettent de réaliser des tubes multicouches, connus sous le nom de tubes à âme moussée. Mais ces tubes multicouches présentent l'inconvénient qu'en un point du déroulement de la fabrication, les trois couches ont été séparées de part en part par les supports du genre nervures du mandrin d'outil, et que ces points de séparation complète doivent être ensuite à nouveau réunis et assemblés par soudage. Cela engendre, notamment dans la région de la couche moussée intermédiaire, des points faibles dans la structure du tube, qui deviennent des points de rupture privilégiée lorsque le tube est sollicité en pression. Cet inconvénient empêche d'utiliser de manière optimale un tube multicouches produit avec le procédé décrit.This method and this device according to the state of the art make it possible to produce multilayer tubes, known under the name of foamed core tubes. However, these multilayer tubes have the drawback that at one point in the manufacturing process, the three layers have been separated right through by the rib-like supports of the tool chuck, and that these points of complete separation must be then reunited again and assembled by welding. This generates, in particular in the region of the intermediate foamed layer, weak points in the structure of the tube, which become privileged breaking points when the tube is stressed under pressure. This drawback prevents optimal use of a multilayer tube produced with the process described.
Afin de remédier à cet inconvénient, le fascicule de brevet européen n° 0 236 645 propose de diviser l'outil en trois canaux annulaires.In order to remedy this drawback, the European patent specification No. 0 236 645 proposes to divide the tool into three annular channels.
Deux de ces canaux sont destinés à la paroi extérieure et la paroi intérieure du tube, et ils entourent le canal pour Pâme du tube et lui sont réunis dans 1'outil. Les trois canaux sont disposés de manière axialement asymétrique par rapport à l'axe de l'outil et le mandrin d'outil est assemblé rigidement à l'ossature de l'extrudeuse de manière directe, au-dessus du dispositif d'alimentation en matériau. Dans cette solution, la fixation directe du mandrin d'outil à l'ossature de l'extrudeuse supprime les nervures de fixation du mandrin à l'outil. Il n'y a donc plus de risque de "points de rupture privilégiée". Toutefois, par suite des parcours d'écoulement compliqués des matières plastiques, qui sont ici imposés par la conception, l'outil proprement dit ne peut être utilisé avec succès que pour des matières plastiques très fluides et non, par exemple, pour du PVC dur.Two of these channels are for the outer wall and the inner wall of the tube, and they surround the tube channel of the tube and are joined therein in the tool. The three channels are arranged axially asymmetrically with respect to the axis of the tool and the tool mandrel is rigidly assembled to the frame of the extruder directly above the material supply device. . In this solution, the direct fixing of the tool mandrel to the frame of the extruder eliminates the ribs for fixing the mandrel to the tool. There is therefore no longer any risk of "privileged breaking points". However, due to the complicated flow paths of plastics, which are here imposed by design, the tool itself can only be used successfully for very fluid plastics and not, for example, for hard PVC .
C'est ici qu'intervient l’invention, qui a pour but d'indiquer un procédé et un dispositif de fabrication de tubes multicouches qui permette de traiter n'importe quel matériau polymère et qui ne donne plus lieu aux conséquences néfastes de "points de rupture privilégiée" traversant la totalité de l'épaisseur de paroi. A cet effet, l'invention propose qu'au moins le matériau polymère compact de la paroi intérieure ne soit alimenté que dans la partie d’outil cylindrique avant à la combinaison paroi extérieure/ partie de paroi intermédiaire qui, jusqu'à ce point, est refoulée conjointement sur le mandrin d'élargissement, et soit assemblé en cet endroit par soudage par extrusion à la périphérie intérieure de la partie de paroi intermédiaire ; l'invention propose également que les points de soudure longitudinale entre les parties de paroi, qui, pour des raisons techniques de fabrication, sont conjointement guidés dans la direction d'écoulement des flux de matériaux polymères pour les différentes parties de paroi, soient disposés en décalage mutuel dans la structure de paroi multicouches.This is where the invention comes in, which aims to indicate a method and a device for manufacturing multilayer tubes which makes it possible to treat any polymeric material and which no longer gives rise to the harmful consequences of "points privileged rupture "crossing the entire wall thickness. To this end, the invention proposes that at least the compact polymer material of the inner wall is only fed into the cylindrical tool part before the outer wall / intermediate wall part combination which, up to this point, is pushed back together on the widening mandrel, and is assembled there by extrusion welding at the inner periphery of the intermediate wall part; the invention also proposes that the longitudinal weld points between the wall parts, which, for technical manufacturing reasons, are jointly guided in the direction of flow of the flows of polymeric materials for the different wall parts, are arranged in mutual shift in the multilayer wall structure.
Avec un tel déroulement du processus, les points de séparation engendrés par les nervures de maintien sont, en ce qui concerne la paroi extérieure et la paroi intermédiaire, directement superposés, comme cela a été décrit pour l'état de la technique. Le matériau polymère compact de la paroi intérieure est introduit à l'intérieur du mandrin d'outil principal par un canal d'injection, et il y alimente le canal annulaire formé par un mandrin d'outil intérieur.With such a course of the process, the separation points generated by the retaining ribs are, as regards the outer wall and the intermediate wall, directly superimposed, as has been described for the state of the art. The compact polymer material of the inner wall is introduced into the interior of the main tool mandrel through an injection channel, and it feeds there the annular channel formed by an inner tool mandrel.
Ce mandrin d'outil intérieur est assemblé par des nervures de maintien aux régions de canal annulaire associées du mandrin d'outil principal. La matière plastique pour la paroi intérieure est séparée par ces nervures de maintien, puis réassemblée par soudage après les avoir passé. L'aspect essentiel du procédé selon l'invention est le fait que les nervures de maintien pour le mandrin d'outil intérieur sont disposées en décalage par rapport aux nervures de maintien du mandrin d'outil principal. Selon l'invention, cela a pour conséquence que le "point de rupture privilégiée", qui est produit par .les nervures'de maintien du mandrin d'outil principal dans la paroi extérieure et dans la paroi intermédiaire, est recouvert d'une partie de paroi compacte de la paroi intérieure. Cette partie de paroi compacte empêche le "point de rupture privilégiée" de traverser linéairement la totalité de la section de la paroi, et elle donne à un tube multicouches réalisé de la sorte un comportement de rupture considérablement amélioré par rapport à l'état de la technique.This inner tool chuck is assembled by retaining ribs to the associated annular channel regions of the main tool chuck. The plastic material for the interior wall is separated by these retaining ribs, then reassembled by welding after passing them. The essential aspect of the method according to the invention is the fact that the retaining ribs for the inner tool chuck are arranged offset from the retaining ribs of the main tool chuck. According to the invention, this has the consequence that the "preferred breaking point", which is produced by the ribs holding the main tool chuck in the outer wall and in the intermediate wall, is covered with a part of compact wall of the interior wall. This compact wall portion prevents the "preferred breaking point" from crossing the entire wall section linearly, and it gives a multilayer tube produced in this way a considerably improved breaking behavior compared to the state of the wall. technical.
Selon l'invention, on peut encore améliorer ce comportement de rupture si tant le matériau polymère compact de la paroi intérieure que le matériau polymère compact de la paroi extérieure ne sont alimentés que dans la partie d'outil ‘ cylindrique avant, après le cône d'élargissement, à la partie de paroi intermédiaire qui est refoulée jusqu'à ce point, et s'ils sont assemblés par soudage par extrusion à la périphérie extérieure et à la périphérie intérieure de la partie de paroi intermédiaire. Avec un tel déroulement du processus, le matériau polymère de la paroi extérieure ne passe par aucun point de séparation servant à maintenir un mandrin d'outil. Au contraire, le canal annulaire pour le matériau polymère de la paroi extérieure est directement alimenté par l'ouverture d'injection de l'extrudeuse d'alimentation, et le matériau polymère pour la paroi extérieure est ainsi directement injecté sur la périphérie extérieure de la partie de paroi intermédiaire, dans la partie d'outil cylindrique avant. Il est sans importance pour le procédé selon l'invention que la région d'alimentation par injection du matériau polymère compact pour la paroi extérieure se trouve avant ou après la région d’alimentation par injection du matériau polymère compact pour la paroi intérieure.According to the invention, this rupture behavior can be further improved if both the compact polymer material of the inner wall and the compact polymer material of the outer wall are only fed into the tool part 'cylindrical before, after the cone d enlargement, to the part of the intermediate wall which is pushed back up to this point, and if they are assembled by extrusion welding to the external periphery and to the internal periphery of the intermediate wall part. With such a process sequence, the polymeric material of the outer wall does not pass through any separation point used to hold a tool chuck. On the contrary, the annular channel for the polymer material of the external wall is directly supplied by the injection opening of the feed extruder, and the polymer material for the external wall is thus directly injected on the external periphery of the intermediate wall part, in the front cylindrical tool part. It is immaterial for the method according to the invention that the region for supplying by injection of the compact polymer material for the outer wall is located before or after the region for supplying by injection of the compact polymer material for the inner wall.
Les nervures de maintien du mandrin d'outil intérieur, qui forme le canal annulaire pour le matériau polymère compact de la paroi intérieure, sont ici disposées avec exactement le même décalage, par rapport aux nervures de maintien du mandrin d'outil principal, qui a été décrit pour la première variante du procédé. Avec cette seconde variante, il n'y a donc plus, dans la section de la paroi d'un tel tube multicouches, de '"point‘de rupture privilégiée" qui traverse plus d'une couche. Dans cette variante, on ne trouve plus de tels "points de rupture privilégiée" que dans la paroi intérieure et dans la partie de paroi intermédiaire. Toutefois, du fait des nervures de maintien particulières des mandrins d'outil, ces "points de rupture privilégiée" y sont mutuellement décalés de telle sorte que chaque "zone de points de rupture privilégiée" est recouverte d'une partie de paroi compacte. Etant donné qu'il n'y a absolument aucun "point de rupture privilégiée" dans la paroi extérieure, un tel tube multicouches offre une résistance à la rupture optimale, avec un coût de fabrication raisonnable.The retaining ribs of the inner tool chuck, which forms the annular channel for the compact polymer material of the inner wall, are here arranged with exactly the same offset, relative to the retaining ribs of the main tool chuck, which has was described for the first variant of the process. With this second variant, there is therefore no longer, in the section of the wall of such a multilayer tube, a "preferred breaking point" which passes through more than one layer. In this variant, such "preferred breaking points" are no longer found except in the inner wall and in the part of the intermediate wall. However, due to the particular holding ribs of the tool chucks, these "preferred break points" are mutually offset therein so that each "preferred break point area" is covered with a compact wall portion. Since there is absolutely no "preferred breaking point" in the outer wall, such a multilayer tube offers optimal breaking strength, with a reasonable manufacturing cost.
Il entre dans le cadre de l'invention que les canaux d'alimentation pour le matériau polymère compact de la paroi extérieure ainsi que pour le matériau polymère compact de la paroi intérieure soient alimentés à partir de la même source d'extrusion. Mais on peut aussi utiliser des extrudeuses d'alimentation respectives différentes.It is within the scope of the invention that the supply channels for the compact polymer material of the outer wall as well as for the compact polymer material of the inner wall are supplied from the same extrusion source. However, different respective feed extruders can also be used.
Pour un profilé ou tube réalisé avec le procédé selon l'invention, la couche polymère de structuration différente peut être constituée de matériau polymère moussé. Avec une telle structure de couches, il faut préférer la seconde variante du procédé, attendu que les "points de rupture privilégiée" sont particulièrement néfastes pour des matériaux polymères mousses. La couche polymère de structuration différente peut aussi être une couche de matériau recyclé. On peut alors réunir dans cette couche polymère de structuration différente des matériaux polymères différents, qui sont maintenus par les parois extérieure et intérieure compactes. De plus, on peut, utiliser des polymères renforcés comme couche polymère de structuration différente"dans cette structure multicouches.For a profile or tube produced with the method according to the invention, the polymer layer with a different structure can be made of foamed polymer material. With such a layer structure, the second variant of the process must be preferred, since the "preferred breaking points" are particularly harmful for foamed polymer materials. The polymer layer with a different structure can also be a layer of recycled material. It is then possible to bring together in this polymer layer of different structuring different polymer materials, which are held by the compact outer and inner walls. In addition, it is possible to use reinforced polymers as a polymer layer with a different structure "in this multilayer structure.
Un dispositif avantageux pour extruder des profilés creux, tubes et similaires en matériaux polymères à structure de paroi composite, possède, dans l'outil, un canal d'écoulement central pour le matériau polymère de la partie de paroi intermédiaire, et un mandrin d’outil implanté dans ce canal d’écoulement central et maintenu centralement dans le canal d’écoulement par des nervures de. maintien, le mandrin d’outil étant réalisé sous la forme d’un double cône avec une première partie conique dirigée à l’encontre de la direction d’écoulement du matériau polymère, une partie de guidage droite pourvue des nervures de maintien et une seconde partie conique, qui s’étend de manière convergente dans la direction d’écoulement en direction contraire de la première partie conique et qui se termine par une région terminale cylindrique, et le mandrin d’outil produisant, avec les parties d’outil associées, un élargissement suivi d’une réduction de section du matériau polymère. Dans la structure d’outil selon l'invention, l’ouverture annulaire pour le matériau polymère compact de la paroi intérieure est disposé après la seconde partie conique dans la partie cylindrique du mandrin d’outil, et cette ouverture annulaire est alimentée par une conduite d’alimentation centrale, menant de l’extérieur dans le mandrin d’outil. Il apparaît avantageux qu’un second mandrin d’outil, maintenu par des nervures de maintien, 'soit implanté à l’intérieur du mandrin d’outil, dans la conduite d'alimentation centrale pour l'ouverture annulaire vu dans la direction d’écoulement, ce second mandrin dirigeant le flux central de matière plastique fondue dans un canal annulaire qui alimente lui-même l’ouverture annulaire pour le matériau polymère compact de la paroi intérieure.An advantageous device for extruding hollow sections, tubes and the like from polymeric materials with a composite wall structure, has, in the tool, a central flow channel for the polymeric material of the intermediate wall part, and a mandrel. tool implanted in this central flow channel and held centrally in the flow channel by ribs. holding, the tool chuck being made in the form of a double cone with a first conical part directed against the direction of flow of the polymer material, a straight guide part provided with holding ribs and a second conical part, which converges in the direction of flow in the opposite direction from the first conical part and which ends in a cylindrical end region, and the tool chuck producing, with the associated tool parts, an enlargement followed by a reduction in cross-section of the polymer material. In the tool structure according to the invention, the annular opening for the compact polymer material of the inner wall is arranged after the second conical part in the cylindrical part of the tool mandrel, and this annular opening is supplied by a pipe. central feed, leading from the outside into the tool chuck. It appears advantageous that a second tool mandrel, held by retaining ribs, be located inside the tool mandrel, in the central supply line for the annular opening seen in the direction of flow, this second mandrel directing the central flow of molten plastic material in an annular channel which itself feeds the annular opening for the compact polymer material of the interior wall.
Il est important pour l’invention que les nervures de maintien du mandrin d’outil extérieur et les nervures de maintien du mandrin d’outil intérieur soient disposées en décalage mutuel. Il est en outre avantageux que l’ouverture annulaire pour le matériau polymère compact de la paroi extérieure soit disposée dans la partie d’outil cylindrique avant.It is important for the invention that the retaining ribs of the external tool chuck and the retaining ribs of the internal tool chuck are arranged in mutual offset. It is further advantageous that the annular opening for the compact polymer material of the outer wall is disposed in the front cylindrical tool part.
Des exemples de réalisation du dispositif selon l’invention sont représentés schématiquement sur les dessins annexés, dans lesquels : la figure 1 représente une structure d’outil selon la première variante du procédé, et la figure 2 représente une structure d’outil selon la seconde variante du procédé.Examples of embodiments of the device according to the invention are shown diagrammatically in the appended drawings, in which: FIG. 1 represents a tool structure according to the first variant of the method, and FIG. 2 represents a tool structure according to the second variant of the process.
Le dispositif 1, schématiquement représenté, présente dans sa région avant l’outil 2 avec la tête distributrice 3, la bague 4 et l’unité d’alimentation par injection 5. Cette dernière comprend le canal d’injection 51 pour la couche polymère de structuration différente 6, ainsi que le canal d’injection 52 pour le matériau polymère compact 71 pour la paroi extérieure 7.The device 1, schematically represented, has in its region before the tool 2 with the dispensing head 3, the ring 4 and the injection supply unit 5. The latter comprises the injection channel 51 for the polymer layer of different structuring 6, as well as the injection channel 52 for the compact polymer material 71 for the outer wall 7.
Selon l’invention, la paroi extérieure 7 et la couche polymère de structuration différente 6 sont conjointement guidées avant l’espace annulaire 61. Cette structure de couches est guidée dans la chambre annulaire 61 par le mandrin d’outil 8, qui sert de corps de refoulement. Le mandrin d’outil 8 est un double cône avec une première partie conique 81, dirigée à l’encontre de la direction d’écoulement de la couche polymère de structuration différente. Une partie de guidage droite 82, à partir de laquelle les nervures de maintien 83 sont assemblées à la tête distributrice 3, se raccorde à la première partie conique 81. La seconde partie conique 84, qui s’étend de manière convergente dans la direction d’écoulement en direction contraire de la première partie conique 81, se raccorde à la partie de guidage droite 82. La partie conique 84 se termine par une région terminale cylindrique 85. La conduite d'alimentation centrale 9 pour le matériau polymère compact 91 de la paroi intérieure 92 alimente une ouverture annulaire 93, cette ouverture annulaire 93 étant reliée à la conduite d'alimentation 9 qui s'étend depuis l'extérieur à travers le mandrin d'outil 8.According to the invention, the outer wall 7 and the polymer layer of different structuring 6 are jointly guided before the annular space 61. This layer structure is guided in the annular chamber 61 by the tool mandrel 8, which serves as a body. of repression. The tool chuck 8 is a double cone with a first conical part 81, directed against the direction of flow of the polymer layer with a different structure. A straight guide part 82, from which the retaining ribs 83 are assembled to the dispensing head 3, is connected to the first conical part 81. The second conical part 84, which extends convergently in the direction d flow in the opposite direction from the first conical part 81, is connected to the right guide part 82. The conical part 84 ends in a cylindrical end region 85. The central supply line 9 for the compact polymer material 91 of the inner wall 92 feeds an annular opening 93, this annular opening 93 being connected to the supply line 9 which extends from the outside through the tool mandrel 8.
Un mandrin d'outil intérieur 21, maintenu par des nervures de maintien 94, est implanté à l'intérieur du mandrin d'outil 8, dans la conduite d'alimentation centrale 9 pour l'ouverture annulaire 93 vu dans la direction d'écoulement, et il dirige le flux central de matière plastique fondue 91 dans un canal annulaire 95, qui alimente lui-même l'ouverture annulaire 96 pour le matériau polymère compact de la paroi intérieure 92.An internal tool chuck 21, held by retaining ribs 94, is located inside the tool chuck 8, in the central supply line 9 for the annular opening 93 seen in the direction of flow. , and it directs the central flow of molten plastic material 91 into an annular channel 95, which itself feeds the annular opening 96 for the compact polymer material of the interior wall 92.
Selon l'invention, les nervures de maintien 83 du mandrin d'outil extérieur 8 et les nervures de maintien 94 du mandrin d'outil intérieur 21 sont disposées en décalage mutuel.According to the invention, the retaining ribs 83 of the external tool mandrel 8 and the retaining ribs 94 of the internal tool mandrel 21 are arranged in mutual offset.
Dans la seconde variante de l'invention, l'ouverture annulaire 53 pour le matériau polymère compact de la paroi extérieure 7 est disposée dans la partie d'outil cylindrique avant 85. L'ouverture annulaire 53 est alimentée par la conduite d'alimentation centrale 52. Les autres éléments portent les mêmes références numériques que sur la figure 1.In the second variant of the invention, the annular opening 53 for the compact polymer material of the outer wall 7 is arranged in the front cylindrical tool part 85. The annular opening 53 is supplied by the central supply line 52. The other elements have the same reference numbers as in FIG. 1.
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