WO2009109400A1 - External shell for a safety helmet - Google Patents

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    • A42B3/06Impact-absorbing shells, e.g. of crash helmets
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    • A42B3/063Impact-absorbing shells, e.g. of crash helmets with reinforcing means using layered structures

Definitions

  • the invention relates to an outer shell for a protective helmet, essentially consisting of a synthetic resin-containing fiber composite material.
  • Protective helmets in particular motorcycle helmets, usually have a comparatively hard outer shell, on the inside of which a padding facing the user's head is arranged.
  • the outer shell is designed to be as shock-resistant and abrasion-resistant as possible in the event of a fall or an impact load of the helmet in a small area of the outer shell acting on these high forces and mechanical stresses as large as possible to spread and prevent damage to the padding.
  • the padding often consists of a plastically deformable inner material, such as expanded polystyrene (EPS), to convert the impact energy transferred to the protective helmet into deformation energy and to avoid excessive force on the user's head surrounded by the protective helmet.
  • EPS expanded polystyrene
  • motorcycle helmets often consist of several layers of a glass fiber fabric, which are impregnated with synthetic resin and form a thermosetting fiber composite material after curing of the synthetic resin.
  • the impregnated with initially liquid resin fiberglass fabric is doing under high pressure in one of the shape of the Outer shell adapted tool formed and cured.
  • a motorcycle helmet has a weight of 1500 - 1600 g, wherein the outer shell has a weight of about 500 g.
  • Object of the present invention is therefore to provide a cost-producible outer shell for a protective helmet in such a way that the outer shell with comparable or better mechanical properties has the lowest possible weight.
  • the fiber composite at least partially basalt fibers contains.
  • Basalt fibers have a significantly higher tensile strength and compressive strength and better rigidity than the glass fibers used predominantly for the production of protective helmets. Consequently, in order to meet the same mechanical requirements or the existing standards for motorcycle helmets, therefore, only a smaller amount of basalt fibers must be used for the production of the outer shell, so that there is a resulting weight savings.
  • Both basalt fibers and prefabricated basalt fabrics are commercially available, so that advantageously the fiber composite used for the production of the outer shell at least partially contains a basalt fabric.
  • basalt fibers or of a basalt tissue are a high chemical resistance and a low sensitivity to ultraviolet radiation, against biological effects and
  • basalt fibers are considered to be completely non-toxic and non-carcinogenic, they are particularly suitable for the production of the outer shells of protective helmets.
  • basalt tissue has less penetration and incorporation of synthetic resin and therefore only a minor amount of synthetic resin is required to form an outer shell of a protective helmet with comparable mechanical properties to those commercially available
  • an outer shell containing a basalt tissue can be further reduced by the saving of synthetic resin.
  • the fiber composite material contains, at least in some areas, a basalt mixed fabric of basalt fibers and synthetic fibers.
  • the basalt blended fabric contains aramid fibers.
  • the outer shell can contain regions of different or uniformly predetermined proportions of basalt fibers and other synthetic fibers. Both the basalt fabric and the basalt blended fabric may be made using conventional weaves and may be unidirectional or bidirectional, multiaxial, twill, or plain weave.
  • the fiber composite material contains at least some layers of several layers of a basalt tissue and / or a basalt mixed tissue.
  • outer shells for a protective helmet have about 3 to 8 layers of fabric.
  • the outer shell has more fabric layers than at other, less vulnerable or less experienced experience areas.
  • the fiber composite material contains substantially one or more layers of a basalt tissue and / or a basalt mixed tissue substantially over the whole area.
  • Fig. 1 is a schematic sectional view of a motorcycle helmet with an outer shell and a shock-absorbing padding and
  • Fig. 2 is a side view of the motorcycle helmet shown in Fig. 1.
  • FIG. 1 An example of protective helmets in Figs. 1 and 2 schematically illustrated motorcycle helmet 1 has a
  • the padding 3 consists of a plastically deformable, shock absorbing material, such as expanded polystyrene (EPS).
  • EPS expanded polystyrene
  • the outer shell 2 consists of a shock-resistant and abrasion-resistant synthetic resin-containing fiber composite material.
  • the fiber composite material contains several layers of basalt tissue.
  • the basalt fabric is impregnated with a suitable synthetic resin such as epoxy resin, vinyl ester resin or polyester resin and a
  • Fiber composite material has been processed, being already during the curing process of the resin, the shape of the outer shell 2 has been specified.
  • the number of layers of basalt fabric can be different in different areas.
  • experience-relevant areas 4 for example in the area of the chin, forehead or back of the head, five to eight or more layers of basalt tissue are arranged.
  • mechanically stressed areas 5, for example in the vicinity of a sight hinge 6, also have a large number of layers of basalt tissue.
  • a smaller number of layers of the basalt tissue for example three to five layers, are completely sufficient in order to be able to ensure the required stability of the outer shell 2.
  • the outer shell 2 is made of a synthetic resin-containing fiber composite material which contains substantially entire surface of several layers of a glass fiber fabric, which is usually made of E glass fibers. Only in the safety-relevant areas 4 and, if appropriate, in the particularly stressed areas 5 additional layers of basalt tissue are arranged in order to ensure the required in these areas 4, 5 better mechanical properties with the lowest possible weight gain.

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Abstract

An external shell (2) for a safety helmet consisting substantially of a fiber composite material comprising synthetic resins, wherein the fiber composite material comprises basalt fibers or pure basalt fabric at least in areas. The fiber composite material comprises a basalt mixed fabric made of basalt fibers and synthetic fibers, for example aramid fibers, at least in areas. The fiber composite material comprises a plurality of layers of a basalt fabric and/or a basalt mixed fabric. The fiber composite material comprises at least one layer of a basalt fabric and/or a basalt mixed fabric substantially over the entire area.

Description

Außenschale für einen SchutzhelmOuter shell for a safety helmet
Die Erfindung betrifft eine Außenschale für einen Schutzhelm, im Wesentlichen bestehend aus einem kunstharzhaltigen Faserverbundwerkstoff .The invention relates to an outer shell for a protective helmet, essentially consisting of a synthetic resin-containing fiber composite material.
Schutzhelme, insbesondere Motorradhelme, weisen üblicherweise eine vergleichsweise harte Außenschale auf, an deren Innenseite eine dem Kopf eines Benutzers zugewandte Polsterung angeordnet ist. Die Außenschale ist dabei möglichst stoßfest und abriebfest ausgestaltet, um im Falle eines Sturzes oder einer stoßartigen Belastung des Schutzhelms die in einem kleinen Bereich der Außenschale auf diese einwirkenden hohen Kräfte und mechanischen Beanspruchungen möglichst großflächig zu verteilen und eine Beschädigung der Polsterung zu verhindern. Die Polsterung besteht dagegen oftmals aus einem plastisch verformbaren Innenmaterial, wie beispielsweise expandiertem Polystyrol (EPS) , um die auf den Schutzhelm übertragene Stoßenergie in Verformungsenergie umzuwandeln und eine übermäßige Krafteinwirkung auf den von dem Schutzhelm umgebenen Kopf des Benutzers zu vermeiden.Protective helmets, in particular motorcycle helmets, usually have a comparatively hard outer shell, on the inside of which a padding facing the user's head is arranged. The outer shell is designed to be as shock-resistant and abrasion-resistant as possible in the event of a fall or an impact load of the helmet in a small area of the outer shell acting on these high forces and mechanical stresses as large as possible to spread and prevent damage to the padding. In contrast, the padding often consists of a plastically deformable inner material, such as expanded polystyrene (EPS), to convert the impact energy transferred to the protective helmet into deformation energy and to avoid excessive force on the user's head surrounded by the protective helmet.
Handelsübliche Motorradhelme bestehen aus oftmals mehreren Lagen eines Glasfasergewebes, die mit Kunstharz getränkt werden und nach dem Aushärten des Kunstharzes einen duroplastischen Faserverbundwerkstoff bilden. Das mit zunächst flüssigem Kunstharz getränkte Glasfasergewebe wird dabei unter hohem Druck in einem an die Formgebung der Außenschale angepassten Werkzeug ausgeformt und ausgehärtet. Üblicherweise weist ein derartiger Motorradhelm ein Gewicht von 1500 - 1600 g auf, wobei die Außenschale ein Gewicht von etwa 500 g aufweist.Commercially available motorcycle helmets often consist of several layers of a glass fiber fabric, which are impregnated with synthetic resin and form a thermosetting fiber composite material after curing of the synthetic resin. The impregnated with initially liquid resin fiberglass fabric is doing under high pressure in one of the shape of the Outer shell adapted tool formed and cured. Usually, such a motorcycle helmet has a weight of 1500 - 1600 g, wherein the outer shell has a weight of about 500 g.
Um den Tragekomfort eines solchen Motorradhelms zu verbessern wird versucht, das Gewicht des Motorradhelms zu verringern. Zu diesem Zweck ist es bekannt, die üblicherweise verwendeten Glasfasergewebe durch leichtere Kunstfasergewebe zu ersetzen, die allerdings im Wesentlichen ebenso stoßfest und abriebfest wie Glasfasergewebe sein sollten. Es ist aus der Praxis bekannt, kunstharzhaltige Faserverbundwerkstoffe zu verwenden, die ein Gewebe aus aromatischen Polyamiden (Aramidfasern) enthalten. Handelsübliche Aramidfasergelege weisen zwar ein geringes Eigengewicht und vorteilhafte mechanische Eigenschaften auf, sind jedoch sowohl in der Herstellung als auch in der Verarbeitung sehr kostenintensiv. Bei Verwendung von Faserverbundwerkstoffen mit einem großen Anteil von Aramidfasern können etwa 100 - 200 g eingespart werden, wobei sich jedoch die Herstellungskosten eines derartigen Schutzhelms üblicherweise verdreifachen.To improve the comfort of such a motorcycle helmet is trying to reduce the weight of the motorcycle helmet. For this purpose, it is known to replace the glass fiber fabrics commonly used by lighter synthetic fiber fabrics, which should, however, be substantially as shock resistant and abrasion resistant as glass fiber fabric. It is known in the art to use synthetic resin-containing fiber composites containing a fabric of aromatic polyamides (aramid fibers). Although commercially available aramid fiber fabrics have a low intrinsic weight and advantageous mechanical properties, they are very cost-intensive both in production and in processing. When using fiber composites with a large proportion of aramid fibers can be saved about 100 - 200 g, but the manufacturing cost of such a protective helmet usually triple.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es demzufolge, eine kostengünstig herstellbare Außenschale für einen Schutzhelm so auszugestalten, dass die Außenschale bei vergleichbaren oder besseren mechanischen Eigenschaften ein möglichst geringes Gewicht aufweist.Object of the present invention is therefore to provide a cost-producible outer shell for a protective helmet in such a way that the outer shell with comparable or better mechanical properties has the lowest possible weight.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Faserverbundwerkstoff mindestens bereichsweise Basaltfasern enthält. Basaltfasern weisen gegenüber den ganz überwiegend zur Herstellung von Schutzhelmen verwendeten Glasfasern eine merklich höhere Zugfestigkeit und Druckfestigkeit sowie eine bessere Steifigkeit auf. Um dieselben mechanischen Anforderungen bzw. die für Motorradhelme bestehenden Normen erfüllen zu können, muss demzufolge lediglich eine geringere Menge an Basaltfasern für die Herstellung der Außenschale verwendet werden, so dass sich eine daraus resultierende Gewichtseinsparung ergibt.This object is achieved in that the fiber composite at least partially basalt fibers contains. Basalt fibers have a significantly higher tensile strength and compressive strength and better rigidity than the glass fibers used predominantly for the production of protective helmets. Consequently, in order to meet the same mechanical requirements or the existing standards for motorcycle helmets, therefore, only a smaller amount of basalt fibers must be used for the production of the outer shell, so that there is a resulting weight savings.
Handelsüblich sind sowohl Basaltfasern als auch vorgefertigte Basaltgewebe erhältlich, so dass vorteilhafterweise der für die Herstellung der Außenschale verwendete Faserverbundwerkstoff mindestens bereichsweise ein Basaltgewebe enthält.Both basalt fibers and prefabricated basalt fabrics are commercially available, so that advantageously the fiber composite used for the production of the outer shell at least partially contains a basalt fabric.
Weitere Eigenschaften von Basaltfasern bzw. von einem Basaltgewebe sind eine hohe chemische Beständigkeit sowie eine geringe Empfindlichkeit gegenüber ultravioletter Strahlung, gegenüber biologischen Einwirkungen undFurther properties of basalt fibers or of a basalt tissue are a high chemical resistance and a low sensitivity to ultraviolet radiation, against biological effects and
Korrosion. Da Basaltfasern als völlig ungiftig und nicht karzinogen angesehen werden, eignen sie sich in besonderer Weise zur Herstellung der Außenschalen von Schutzhelmen.Corrosion. Since basalt fibers are considered to be completely non-toxic and non-carcinogenic, they are particularly suitable for the production of the outer shells of protective helmets.
Untersuchungen der Anmelderin haben darüber hinaus ergeben, dass Basaltgewebe eine geringere Durchdringung und Aufnahme von Kunstharz aufweist und deshalb lediglich eine geringere Menge an Kunstharz erforderlich ist, um eine Außenschale eines Schutzhelms mit vergleichbar guten mechanischen Eigenschaften wie bei handelsüblich erhältlichenApplicant's investigations have also shown that basalt tissue has less penetration and incorporation of synthetic resin and therefore only a minor amount of synthetic resin is required to form an outer shell of a protective helmet with comparable mechanical properties to those commercially available
Schutzhelmen mit Glasfasergewebe herzustellen. Das Gewicht einer ein Basaltgewebe enthaltende Außenschale kann durch die Einsparung von Kunstharz zusätzlich verringert werden.To make protective helmets with glass fiber fabric. The weight an outer shell containing a basalt tissue can be further reduced by the saving of synthetic resin.
Einer Ausgestaltung des Erfindungsgedankens zufolge ist vorgesehen, dass der Faserverbundwerkstoff mindestens bereichsweise ein Basalt-Mischgewebe aus Basaltfasern und Kunstfasern enthält. Vorzugsweise enthält das Basaltmischgewebe Aramidfasern. Je nach den gewünschten mechanischen Eigenschaften kann die Außenschale bereichsweise unterschiedliche oder aber einheitlich vorgegebene Anteile aus Basaltfasern und anderen Kunstfasern enthalten. Sowohl das Basaltgewebe wie auch das Basalt-Mischgewebe kann mittels der gängigen Webarten hergestellt sein und ein uni- oder bidirektionales bzw. multiaxiales Gewebe, ein Köpergewebe oder ein Leinwandgewebe sein.According to an embodiment of the inventive idea, it is provided that the fiber composite material contains, at least in some areas, a basalt mixed fabric of basalt fibers and synthetic fibers. Preferably, the basalt blended fabric contains aramid fibers. Depending on the desired mechanical properties, the outer shell can contain regions of different or uniformly predetermined proportions of basalt fibers and other synthetic fibers. Both the basalt fabric and the basalt blended fabric may be made using conventional weaves and may be unidirectional or bidirectional, multiaxial, twill, or plain weave.
Einer vorteilhaften Ausgestaltung des Erfindungsgedankens zufolge ist vorgesehen, dass der Faserverbundwerkstoff mindestens bereichsweise mehrere Lagen eines Basaltgewebes und/oder eines Basalt-Mischgewebes enthält. In der Regel weisen Außenschalen für einen Schutzhelm etwa 3 - 8 Gewebelagen auf . Insbesondere in sicherheitsrelevanten Bereichen sowie in Bereichen mit zusätzlicher mechanischer Beanspruchung, wie beispielsweise in der Umgebung eines Visierscharniers, weist die Außenschale mehr Gewebelagen als an anderen, weniger gefährdeten oder erfahrungsgemäß weniger beanspruchten Bereichen auf. Durch eine geeignete Vorgabe und der Anzahl der Gewebelagen und einen zweckmäßigen Zuschnitt bzw. eine geeignete Anordnung der einzelnen Gewebeabschnitte lassen sich weitere Gewichtseinsparungen der Außenschale bei im Wesentlichen unverändert guten mechanischen Eigenschaften erreichen.According to an advantageous embodiment of the inventive idea, it is provided that the fiber composite material contains at least some layers of several layers of a basalt tissue and / or a basalt mixed tissue. As a rule, outer shells for a protective helmet have about 3 to 8 layers of fabric. Especially in safety-related areas and in areas with additional mechanical stress, such as in the vicinity of a visor hinge, the outer shell has more fabric layers than at other, less vulnerable or less experienced experience areas. By a suitable specification and the number of fabric layers and a convenient blank or a suitable arrangement of the individual fabric sections can be more Achieve weight savings of the outer shell with substantially unchanged good mechanical properties.
Um eine Mindeststabilität der Außenschale gewährleisten zu können ist vorgesehen, dass der Faserverbundwerkstoff im Wesentlichen vollflächig eine oder mehrere Lagen eines Basaltgewebes und/oder eines Basalt-Mischgewebes enthält.In order to be able to ensure a minimum stability of the outer shell, it is provided that the fiber composite material contains substantially one or more layers of a basalt tissue and / or a basalt mixed tissue substantially over the whole area.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel näher erläutert, welches in der Zeichnung dargestellt ist. Es zeigt:Hereinafter, an embodiment will be explained in more detail, which is shown in the drawing. It shows:
Fig. 1 eine schematische Schnittansicht eines Motorradhelms mit einer Außenschale und einer stoßabsorbierenden Polsterung undFig. 1 is a schematic sectional view of a motorcycle helmet with an outer shell and a shock-absorbing padding and
Fig. 2 eine Seitenansicht des in Fig. 1 dargestellten Motorradhelms .Fig. 2 is a side view of the motorcycle helmet shown in Fig. 1.
Ein beispielhaft für Schutzhelme in den Fig. 1 und 2 schematisch dargestellter Motorradhelm 1 weist eineAn example of protective helmets in Figs. 1 and 2 schematically illustrated motorcycle helmet 1 has a
Außenschale 2 und eine an einer Innenseite der Außenschale angeordnete Polsterung 3 auf. Die Polsterung 3 besteht aus einem plastisch verformbaren, stoßabsorbierenden Material, wie beispielsweise expandiertem Polystyrol (EPS) . Die Außenschale 2 besteht dagegen aus einem stoßfesten und abriebfesten kunstharzhaltigen Faserverbundwerkstoff. Der Faserverbundwerkstoff enthält dabei mehrere Lagen eines Basaltgewebes . Das Basaltgewebe ist mit einem geeigneten Kunstharz wie beispielsweise Epoxidharz, Vinylesterharz oder Polyesterharz getränkt und zu einemOuter shell 2 and arranged on an inner side of the outer shell upholstery 3. The padding 3 consists of a plastically deformable, shock absorbing material, such as expanded polystyrene (EPS). The outer shell 2, however, consists of a shock-resistant and abrasion-resistant synthetic resin-containing fiber composite material. The fiber composite material contains several layers of basalt tissue. The basalt fabric is impregnated with a suitable synthetic resin such as epoxy resin, vinyl ester resin or polyester resin and a
Faserverbundwerkstoff verarbeitet worden, wobei bereits während des Aushärtevorgangs des Kunstharzes die Formgebung der Außenschale 2 vorgegeben wurde.Fiber composite material has been processed, being already during the curing process of the resin, the shape of the outer shell 2 has been specified.
Wie aus Fig. 2 ersichtlich, kann die Anzahl der Lagen aus Basaltgewebe bereichsweise unterschiedlich sein. In erfahrungsgemäß sicherheitsrelevanten Bereichen 4, beispielsweise im Bereich der Kinn-, Stirn- oder Hinterkopfpartie, sind fünf bis acht oder mehr Lagen des Basaltgewebes angeordnet. Aus denselben Gründen weisen mechanisch besonders beanspruchte Bereiche 5 beispielsweise in der Umgebung eines Visierscharniers 6 ebenfalls eine große Anzahl von Lagen des Basaltgewebes auf.As can be seen from FIG. 2, the number of layers of basalt fabric can be different in different areas. In experience-relevant areas 4, for example in the area of the chin, forehead or back of the head, five to eight or more layers of basalt tissue are arranged. For the same reasons, mechanically stressed areas 5, for example in the vicinity of a sight hinge 6, also have a large number of layers of basalt tissue.
In den übrigen Bereichen 7 reicht eine kleinere Anzahl von Lagen des Basaltgewebes, beispielsweise drei bis fünf Lagen, völlig aus, um die erforderliche Stabilität der Außenschale 2 gewährleisten zu können.In the remaining regions 7, a smaller number of layers of the basalt tissue, for example three to five layers, are completely sufficient in order to be able to ensure the required stability of the outer shell 2.
Es ist auch denkbar, dass die Außenschale 2 aus einem kunstharzhaltigen Faserverbundwerkstoff hergestellt ist, der im Wesentlichen vollflächig mehrere Lagen eines Glasfasergewebes enthält, das üblicherweise aus E- Glasfasern hergestellt ist. Lediglich in den Sicherheitsrelevanten Bereichen 4 sowie gegebenenfalls in den besonders beanspruchten Bereichen 5 werden zusätzliche Lagen eines Basaltgewebes angeordnet, um die in diesen Bereichen 4, 5 erforderlichen besseren mechanischen Eigenschaften bei einer möglichst geringen Gewichtszunahme gewährleisten zu können.It is also conceivable that the outer shell 2 is made of a synthetic resin-containing fiber composite material which contains substantially entire surface of several layers of a glass fiber fabric, which is usually made of E glass fibers. Only in the safety-relevant areas 4 and, if appropriate, in the particularly stressed areas 5 additional layers of basalt tissue are arranged in order to ensure the required in these areas 4, 5 better mechanical properties with the lowest possible weight gain.
Es ist auch denkbar, einzelne oder alle Lagen bzw. einzelne oder alle Bereiche des Faserverbundwerkstoffes aus Basalt- Mischgewebe herzustellen, wobei der Anteil der den Basaltfasern beigemischen Kunstfasern in Abhängigkeit von den jeweils gewünschten Eigenschaften vorgegeben werden kann. It is also conceivable, individual or all layers or individual or all areas of the fiber composite material from basalt Produce mixed fabric, wherein the proportion of the basalt fibers beigemischen synthetic fibers can be specified depending on the respective desired properties.

Claims

Außenschale für SchutzhelmP a t e n t a n s p r ü c h e Outer shell for protective helmet
1. Außenschale für einen Schutzhelm, im Wesentlichen bestehend aus einem kunstharzhaltigen1. outer shell for a protective helmet, consisting essentially of a resin-containing
Faserverbundwerkstoff, dadurch gekennzeichnet, dass der Faserverbundwerkstoff mindestens bereichsweise Basaltfasern enthält.Fiber composite material, characterized in that the fiber composite material at least partially contains basalt fibers.
2. Außenschale gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Faserverbundwerkstoff mindestens bereichsweise ein Basaltgewebe enthält .2. outer shell according to claim 1, characterized in that the fiber composite material at least partially contains a basalt tissue.
3. Außenschale nach Anspruch 1 oder Anspruch 2 , dadurch gekennzeichnet, dass der Faserverbundwerkstoff mindestens bereichsweise ein Basalt-Mischgewebe aus Basaltfasern und Kunstfasern enthält.3. outer shell according to claim 1 or claim 2, characterized in that the fiber composite material at least partially contains a basalt mixed fabric of basalt fibers and synthetic fibers.
4. Außenschale nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Basalt-Mischgewebe Aramidfasern enthält.4. outer shell according to claim 3, characterized in that the basalt blended fabric contains aramid fibers.
5. Außenschale nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Faserverbundwerkstoff mindestens bereichsweise mehrere Lagen eines Basaltgewebes und/oder eines Basalt-Mischgewebes enthält.5. outer shell according to one of the preceding claims, characterized in that the fiber composite material at least partially contains several layers of a basalt tissue and / or a basalt-mixed tissue.
6. Außenschale nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Faserverbundwerkstoff im Wesentlichen vollflächig eine oder mehrere Lagen eines6. outer shell according to one of the preceding claims, characterized in that the fiber composite material substantially over the entire surface one or more layers of a
Basaltgewebes und/oder eines Basalt-Mischgewebes enthält. Basalt tissue and / or a basalt mixed tissue contains.
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