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工程塑料应用领域:从专业角度看汽车用的工程塑料

2015/11/12 10:31:26      点击:1115.com

      汽车的轻量化,就是在包管汽车的强度和安全机能的前提下,尽量地低落汽车的整备质量,从而提高汽车的动力性,削减燃料耗损,低落排气净化。实验证实,汽车质量低落一半,燃料耗损也会低落快要一半,当前,因为环保和节能的需求,汽车的轻量化曾经成为世界汽车开展的潮水。汽车轻量化使包罗聚丙烯、聚氨酯、聚氯乙烯、热固性复合材料、ABS、尼龙和聚乙烯等在内的塑材市场得以疾速放大。近两年,车用塑料的最大种类——聚丙烯,每一年以2.2%~2.8%的速度放慢增加。估计到2020年,发达国家汽车均匀用塑料量将到达500kg/辆以上。


      工程塑料凸显优势车用塑料进入快速发展期,工程塑料(PA、PET、POM、PC和PPO)机能高又可替代金属材料,比通用塑料(PE、PP、PVC、ABS等热塑性塑料)的强度与耐热性优良,次要被应用于汽车内饰件、外装件、功用结构件上。工程塑料用于外装件可减轻汽车自重,这是低落汽车排放、提高熄灭服从最有用的步伐之一。据查询拜访,汽车本身质量减轻10%,燃油耗损就能低落6%~8%。100kg的塑料在功用上等同200~300kg的金属部件,由此推论,汽车均匀走15万km,便可节流750L的燃油。在安全方面,工程塑料的抗击性不逊于金属,以至高于金属。用可吸取打击能量和震惊能量的弹性体、发泡塑料制造仪表、座椅、头枕等成品,能够减轻碰撞时对人体的损伤,提高汽车安全系数。结构件则多接纳高强度工程塑料,如用塑料做燃油箱、发动机和底盘上的一些零件,以减轻质量、降低成本、简化工艺。


      跟着工程塑料的优势愈来愈被汽车业界熟悉和承受,工程塑料在汽车中的使用近几年大幅增加。发达国家将汽车用塑料量的多少作为权衡汽车设想和制造程度的一个重要标志。国外曾经成为世界汽车消费和消耗的大国,还要进一步开展成为世界汽车生产基地,就一定要快速开展包罗汽车塑料件在内的汽车零部件产业。同时,汽车质料逐渐向轻量化和环保化标的目的开展。以塑代钢不只能减轻车重,并且质料可回收再利用,进而节流制造历程中的资本华侈,终极使汽车在环保节能和降低成本两个方面得到更多的打破,还有助于改进汽车的安全性、温馨度和设想的灵活性。


      汽车工业作为我国的支柱产业,今朝开展疾速,而如今国内汽车行业对工程塑料的消耗比例远远低于世界平均水平,应加大工程塑料在汽车工业中的使用一方面增进我国工程塑料产业的开展,另一方面有利于增进汽车国产化历程。跟着我国汽车产业国产化历程的日趋放慢,汽车工业将是将来工程塑料消耗增加最快的范畴之一。


      从世界范畴来看,发达国家早在20世纪50年月就开端研讨塑料在汽车上的使用,颠末几十年的理论,已有很大的开展。今朝全球汽车用塑料制品的市场规模为454万t/a,此中美国为172万忱,欧洲为136万t/a。外洋发达地区车用塑料占塑料总消耗量的7%~11%,新材料及新成型手艺的呈现,使得塑料制品在汽车工业中的消费量日趋增长,德国每辆汽车均匀利用塑料制品近300kg,约占汽车质料消耗总量的22%,是世界上接纳汽车塑料零部件最多的国度:日本每辆汽车均匀利用塑料达100kg,约占汽车质料消耗总量的7.5%。


      工程塑料是现今塑料工业开展中增速最快的质料。与通用塑料比拟,工程塑料具有更优良的机能,今朝外洋汽车的内饰件已根本实现塑料化,塑料在汽车中的使用范畴正在由内装件向外装件、车身和结构件扩大。此后的重点发展方向是开辟结构件、外装件用的增强塑料复合材料、高机能树脂质料与塑料,并对质料的可回收性予以高度存眷。统计显现,全世界均匀每辆汽车的塑料用量在2000年就已达105kg,约占汽车总重量的8%~12%。而发达国家汽车的单车塑料均匀利用量为120kg,占汽车总重量的12%~20%。如奥迪A2型轿车,塑料件总重量已达220kg,占总用材的24.6%。今朝,发达国家车用塑料已占塑料总消耗量的7%~8%,估计不久将到达10%~11%。关于国外来讲,塑料在汽车行业的使用尚处于初级阶段,如尼龙在汽车行业中的使用比例为外洋的三分之二,聚碳酸酯为二分之一,聚甲醛为三分之一,热塑性聚氨酯为五分之一,聚苯醚为三分之一。目前我国车用塑料量,经济型轿车每辆为50~60kg,轻中型货车为40~50kg,载重车80kg;中高级轿车100~130kg,仅与外洋的90年月程度相称。今朝,塑料等非金属材料在国产车上的使用情况还比不上进口车。在欧洲,车用塑料的重量占汽车自重的20%,均匀每辆德国车利用塑料近300kg,占汽车总重量的22%。与外洋比拟,国产车的非金属材料用量仍旧偏少。国产车的单车塑料均匀利用量为78kg,塑料用量仅占汽车自重的5%~10%。


      据悉,国度发改委已订定相干政策,一是主动鼓舞开展自立品牌汽车,二是加快汽车零部件的国产化历程,三是限制了汽车的燃油耗损尺度。加上因为近几年的原材料涨价,很多整车厂为了降低成本已铺开了指定供应商的限定,这些无疑给零配件消费厂和塑料原料供应商,供给了一个绝好的开展机缘。我国车用塑料进入快速发展期。


2尼龙(PA)

      聚酰胺俗称尼龙(Nylon),英文名称Polyamide(简称PA),尼龙是最重要的汽车工业用工程塑料。尼龙次要用于汽车发动机及周边部件,次要种类是GFP:A6、GFPA66、加强阻燃PA6等产物。因为发动机周边部件次要是发热和振动部件,其部件所用质料大多数是玻纤加强尼龙。这是由于尼龙具有较好的综合机能,用玻璃纤维改性后的尼龙,主要性能获得很大的提高,如强度、成品精度、尺寸稳定性等均有很大的提高。跟着汽车的小型化、电子电气设备的高机能化、机械设备轻量化的历程放慢,对尼龙的需求将更高更大。特别是尼龙作为结构性质料,对其强度、耐热性、耐寒性等方面提出了很高的要求。尼龙的固有缺陷也是限定其使用的主要身分,特别是关于PA6、PA66两大种类来讲,与PA46、PAl2等种类比具有很强的价格优势,虽某些机能不能满意相干行业开展的要求。因而,必需针对某一应用领域,经由过程改性,提高其某些机能,来扩大其应用领域。另外,尼龙的种类多,较易收受接管操纵,价钱相对自制等,这些身分促进尼龙成为发动机周边部件的幻想挑选质料。进气歧管是改性尼龙在汽车中最为典范的使用,德国宝马汽车公司,起首将以玻璃纤维加强尼龙为质料制造的进气歧管使用在六汽缸发动机上;当前美国福特公司与杜邦公司协作,配合用玻璃纤维加强P:A66制造的进气歧管使用在V6发动机上,当前世界各大汽车公司纷繁跟进,改性尼龙进气歧管获得普遍的使用。发动机盖,发动机粉饰盖,汽缸头盖等部件普通都用改性尼龙作为首选质料,与金属材质比拟,以汽缸头盖为例质量减轻50%,本钱低落30%。除了发动机部件外,汽车的其他受力部件也可利用加强尼龙,如机油滤清器,刮雨器,散热器格栅等。


      汽车零部件也是PA6工程塑料最大的消费市场,超越总消费量的三分之一。跟着人们对汽车机能要求的不断提高和PA6工程塑料本身的开展,汽车用PA6正呈逐年上升的趋向。汽车上可利用PA6(包罗改性产物)建造的部件有空气滤清器、外壳、电扇、车轮罩、导流板、车内粉饰、储水东西盖、线卡、各类车内电气接插件等。PA6/ABS具有密度低,流动性好的特性,并有优良的噪声阻尼性和优良的耐热性、耐化学性和机械性能,可用於汽车内饰件;玻纤加强PA/ABS可替换ABS做汽车排气势派头栅,并有可能成为汽车排空气和除霜器护栅及车门组件,以及用於摩托车档板的建造。如今PA9T也已在日本汽车工业上使用,如动力换向安装(齿轮构造)、滚动轴承架。PA9T耐燃油性强,合用於做汽车燃油体系部件。另外还可用於制造中央冷却器罐、发动机支架和要求低摩擦系数的滑动部件。


      受金融危机的打击,全球PA66市场呈现了萎缩,几大尼龙生产商也停止了业务剥离和整合,有几家厂以至曾经停产。因而,国际PA66的滥觞相称有限,只要不计其数的五六家企业。今朝,国外的PA66消费量和进口量在全球首屈一指,中国政府的反倾销步伐能够招致国外国内市场PA66产品价格上涨。今朝,外洋公司在中国市场贩卖的同一种PA66产品价格要比在欧洲的价钱高7%阁下。今朝PA66的使用已由次要做轮胎帘子布发展到汽车零部件、电力和电子器件范畴。如今德国消费的一部一般轿车,其机器部件所用PA66注塑件的重量到达13kg。这一数据还在增加,估计此后几年工程塑料产物用于汽车制造范畴的增长率在20%阁下。国外今朝80%的PA66仍是用于消费轮胎帘子布,将来市场不可限量。国外一汽曾经成立了PA66进气歧管的加工生产线,二汽也在筹建。跟着汽车行业的技术进步,其他汽车厂也会接踵接纳PA66进气歧管。如许,PA66产物在汽车行业的利用量会有一个较大的增幅。除PA66外,跟着中国汽车工业的开展,一些长炭链尼龙,如PA11、PA12的用量也在逐年增加,每一年已超越3000t。这些产物还需依托进口。


3聚酯(PET)

      聚酯是由二元醇(或多元醇)和二元酸(或多元酸)缩聚而成的高分子化合物的总称。包罗聚酯树脂、聚酯纤维、聚酯酸胶等。聚酯属于高分子化合物,是石油化工的根底原材料,以精对苯二甲酸(PTA)和乙二醇(EG)为质料,颠末酯化和缩聚工序而成。聚酯70%用于纺织纤维切片,用作纺制各种规格的涤纶短纤维,是供应涤纶纤维企业加工纤维及相干产物的质料,涤纶作为化纤中产量最大的种类,占有着化纤行业近80%的市场份额,也用于轮胎帘子布等范畴。因而聚酯系列的市场变革和发展趋势是化纤行业存眷的重点。聚酯普遍应用于包装业、电子电器、医疗卫生、修建、汽车等范畴,此中包装是聚酯最大的化纤使用市场,同时也是PET增加最快的范畴。可以说聚酯切片是毗连石化产物和多个行业产物的一个主要中央产物。


      在汽车制造范畴,PBT普遍地用于消费保险杠、化油器组件、挡泥板、扰流板、火花塞端子板、供油体系零件、仪表盘、汽车点火器、加速器及离合器踏板等部件。PBT与加强PA、PC、POM在汽车制造业中的合作十分激烈,PA易吸水,PC的耐热性不及PBT;在汽车用处接收方面,因为PBT的抗吸水性优于PA,将会逐步代替PA。在相对湿度较高、非常湿润的状况下,因为湿润易惹起塑性低落,电器节点处简单惹起腐化,常可利用改性PBT。在80℃、90%相对湿度下,PBT仍能一般利用,而且结果很好。

      PBT加工机能和绝缘性能较好。PBT玻璃化温度低,加工周期短。PC/PBT、PBT/ABS等次要用於汽车内饰件。另外,由於PBT对汽油、策动机油的耐受性好,PBT也用於汽车发动机体系配件质料的消费。GE公司的PBT/PC合金,商品名为Xenoy1731,在高级轿车中使用最为普遍;它的耐热性好,耐应力开裂,耐磨、耐化学腐蚀性,高温打击强度高,易加工和涂饰性好,次要应用于高档轿车保险杠,车底板,面板等。


      聚氨酯质料因其良好的物理性能被普遍应用于消音海绵、吸音海绵、隔音海绵消费。同时聚氨酯海绵高消音才能被应用于:车辆制作、汽车(重型机械)产业、轨道车辆、航天使用、工场修建消音及楼宇消音保温工程、产品包装及衬垫、发电机组消音、空调、声学试验室、音乐录音棚、音箱、试音室、测绘室、KTv房、星级宾馆等行业与场所。今朝车辆的座椅多用聚氨酯泡沫质料制,聚氨酯隔音海绵手艺被大量用于汽车内饰消费,而中国汽车行业产销两旺,将进一步动员聚氨酯隔音海绵需求的增加,车用聚氨酯隔音海绵也将成为聚氨酯海绵需求增加亮点。


      我国事聚酯消费大国,年产量超越2000万t,次要用于纺织行业,诸如服用纤维和产业长丝等。进入新世纪来,纺织市场呈现供大于求,加上国际原油价钱持续上扬,形成聚酯行业合作剧烈,产物竞相压价,由此形成一些聚酯切片消费企业和下流企业处于微利或吃亏边沿。

      在国外,聚酯应用领域不竭扩大。早在上世纪90年月前期,西欧一些企业消费高模量低膨胀(HMLS)的聚酯产业丝,作为子午线轮胎的主要骨架质料,部门替换钢丝,使子午线轮胎轻量化,更具高速性、安全性和乘坐温馨性。在一般聚酯中参加纳米质料后,聚酯分子结构发作了变革,使质料性子获得“升华”:一是具有优秀热学机能,其热结晶温度比通例PET高出40℃以上,提高了加工品的耐热温度:二是具有优良的结晶举动,与通例PET比拟,结晶度和结晶速率均有很大提高,显现出更高的强度和模量;三是用改性聚酯消费的产业丝、织物等成品的干热膨胀率很低,连结了尺寸稳定性;还具有优良的气体隔绝性和必然的阻燃、抗紫外线结果。


4聚甲醛(POM)

      聚甲醛树脂是高度结晶的聚合物,具有相似金属的硬度、强度和刚性,聚甲醛是一种机能优秀的工程塑料,在国外有“夺钢”、“超钢”之称,又称聚氧亚甲基,英文缩写为POM。凡是甲醛聚合所得之聚合物,聚合度不高,且易受热解聚。聚甲醛是一种没有侧链,高密度,高结晶性的线性聚合物,具有优良的综合机能。聚甲醛是一种外表滑腻,有光芒的硬而致密的质料,淡黄或红色,可在.40~100℃温度范围内持久利用。它的耐磨性和自光滑性也比绝大多数工程塑料良好,又有优良的耐油,耐过氧化物机能。很不耐酸,不耐强碱和不耐月光紫外线的辐射。聚甲醛的拉伸强度达70MPa,吸水性小,尺寸不变,有光芒,这些机能都比尼龙好,聚甲醛为高度结晶的树脂,在热塑性树脂中是最坚固的。具抗热强度,蜿蜒强度,耐疲倦性强度均高,耐磨性和电机能优秀。不变化处置后可耐热到230℃。多聚甲醛可在170~200℃的温度下加工,如打针、挤出、吹塑等。次要用作工程塑料,用于汽车、机器部件等。聚甲醛在很宽的温度和湿度条件下都具有很好的自光滑性、优良的耐疲倦性、低摩擦系数,因而,聚甲醛次要用於定性要求比力严厉的滑动和转动机器部件上,包罗齿轮、凸轮、轴承、横杆、滑轮、扣链轮和轴衬等,与金属和尼龙比拟,聚甲醛具有很低的摩擦系数,是很好的轴承质料。POM具有相似金属的硬度、强度和钢性,在很宽的温度和湿度范围内都具有很好的自光滑性、优良的耐疲倦性,并富于弹性,另外它还有较好的耐化学品性。POM以低于其他很多工程颦料的本钱,正在替换~些传统上被金属所霸占的市场,如替换锌、黄铜、铝和钢制作很多部件,自问世以来,POM曾经普遍应用于电子电气、机器、仪表、日用轻工、汽车、建材、农业等范畴。在许多新领域的使用,如医疗手艺、运动东西等方面,POM也表现出较好的增加态势。


      汽车行业是POM最大的潜伏市场。POM质轻、加工成型烦琐、生产成本昂贵、质料机能与金属附近。改性POM的耐磨系数很低、刚性很强;十分合适制造汽车用的汽车泵、汽化器部件、输油管、动力阀、万向节轴承、曲柄、把手、仪表板、汽车窗升降机安装、电开关、安全带扣等。制造轴套、齿轮、滑块等耐磨零件是改性POM的刚强,这些部件对金属磨耗小,削减了润滑油用量,加强了部件的使用寿命;因而能够普遍替换铜、锌等金属消费轴承、齿轮、拉杆等。POM消费的汽车部件质轻、噪声低、成型装配烦琐,因而在汽车制造业得到愈来愈普遍的使用。
5聚碳酸酯(PC)

      聚碳酸酯(PC)是一种有趣、无臭、无毒、通明的无定形热塑性质料,是份子链中含有碳酸酯基的高分子化合物的总称,包罗有脂肪族、脂环族、芳香族及脂肪族一芬芳族类聚碳酸酯,此中仅双酚A型芳香族聚碳酸酯获工业化消费。因为PC构造中包罗了柔性的碳酸酯链与刚性的苯环,因而具有凸起的抗打击机能、耐蠕变性能,具有较高的抗张强度、抗弯强度、伸长率、刚性,并有较好的耐热性和耐寒性,可在-100~140℃温度内利用,电机能优秀,吸水率低,透光性好,可见光的透过率可达90%阁下。PC还可与其它聚合物共混构成合金,机能可进一步改进。


      聚碳酸酯PC无色通明,耐热,抗打击,阻燃BI级,在一般利用温度内都有优良的机械性能。同性能靠近的聚甲基丙烯酸甲酯比拟,聚碳酸酯的耐打击机能好,折射率高,加工机能好,需求增加阻剂才气契合UL94V-0级。可是聚甲基丙烯酸甲酯相对聚碳酸酯价钱较低,并可经由过程本体聚合的办法消费大型的器件。跟着聚碳酸酯消费范围的日趋扩大,聚碳酸酯同聚甲基丙烯酸甲酯之间的价钱差别在日趋缩小。

PC在汽车上也有普遍使用。PC的高透明性使之成为车灯罩的次要消费质料。硅橡胶/PC也能够用做汽车保险杠。而PC的另外一大用处是以合金的情势充任汽车内饰质料。PC/ABS表面好,简单着色,普遍用於汽车内饰件如仪表板等。改性PC因为具有高机械性能和优良的表面,在汽车上次要用于外装件和内装件,用处最为普遍的是PC/ABS合金和PC/PBT合金。


      PC的三大应用领域是玻璃装配业、汽车工业和电子、电器产业,其次还有产业机械零件、光盘、包装、计算机等办公室装备、医疗及保健、薄膜、休闲和防护东西等。PC可用作门窗玻璃,PC层压板普遍用于银行、使馆、拘留所和公开场合的防护窗,用于飞机舱罩,照明设备、产业安全档板和防弹玻璃。PC板可做各类标牌,如汽油泵表盘、汽车仪表板、货栈及露天贸易标牌、点式滑动指示器,PC树脂用于汽车拍照体系,仪表盘体系和内粉饰体系,用作前灯罩,带增强筋汽车前后档板,反光镜框,门框套、操纵杆护套、阻流板、PC被使用用作接线盒、插座、插头及套管、垫片、电视转换安装,电话线路支架下通信电缆的毗连件,电闸盒、电话总机、配电盘元件,继电器外壳,PC可做低载荷零件,用于各类齿轮、蜗轮、轴套、导规。


6聚苯醚(PPO)

       聚苯醚PPO无毒、通明、相对密度小,具有优秀的机器强度、耐应力松懈、抗蠕变性、耐热性、耐水性、耐水蒸汽性、尺寸稳定性。在很宽温度、频次范围内电机能好,不水解、成型膨胀率小,难燃有自熄性,耐无机酸、碱、耐芳香烃、卤代烃、油类等机能差,易溶胀或应力开裂,次要缺陷是熔融流动性差,加工成型艰难,实践使用大部分为MPPO(PPO共混物或合金),如用Ps改性PPO,可大大改进加工机能,改良耐应力开裂性和打击机能,降低成本,只是耐热性和光芒略有低落。改性聚合物有PS(包罗HIPS)、PA、PTFE、PBT、PPS和各类弹性体,聚硅氧烷,PS改性PPO汗青长,产物量大,MPPO是用量最大的通用工程塑料合金种类。比较大的MPPO种类有PPO/PS、PPO/PA/弹性体和PPO/PBT/弹性体合金。PPO和MPPO能够接纳注塑、挤出、吹塑、模压、发泡和电镀、真空镀膜、印刷机加工等各类加工办法,因熔体粘度大,加工温度较高。


      改性聚苯醚PPO在汽车上次要用做对耐热性、阻燃性、电机能、打击机能、尺寸稳定性、机器强度要求较高的零部件;还有一些薄壁的庞大硬质结构件,如仪表盘骨架等。如PP、O/PS合金适用于湿润、有负荷和对电绝缘要求高、尺寸稳定性好的场合,合适制造汽车轮罩、前灯玻璃嵌槽、尾灯壳等零部件,也合适制造毗连盒、保险丝盒、断路开关外壳等汽车电气元件。PPO/PA合金因为具有优秀的力学性能、尺寸稳定性、耐油性、电绝缘性、抗打击性。可用于建造汽车内部件,如大型挡板、缓冲垫、后阻流板等。PPO/PBT合金的热变形温度高,对水份敏感度小,是制造汽车外板的幻想质料。GE公司推出的热固性PPO,具有高强、高韧性和优良的电机能,吸湿小,可用做汽车阀罩、燃油箱导电板、变压器和风力发动机叶片等。而PPO/PS合金加工性优良,可用做流体加工部件、汽车机罩下部件和电子接插件。


      PPO和MPPO次要用于电子电器、汽车、家用电器、办公室装备和产业机器等方面,操纵MPPO耐热性、耐打击性、尺寸稳定性、耐擦伤、耐剥落、可涂性和电气机能,用于做汽车仪表板、散热器格子、扬声器格栅、控制台、保险盒、继电器箱、连接器、轮罩;电子电器产业上普遍用于制造连接器、线圈绕线轴、开关继电器、调谐装备、大型电子显示器、可变电容器、蓄电池配件、发话器等零部件。家用电器上用于电视机、开麦拉、录像带、录音机、空调机、加温器、电饭煲等零部件。可作复印机、计算机系统,打印机、传真机等外装件和组件。另外可做水泵、鼓风机的外壳和零部件、无声齿轮、管道、阀体、外科手术用具、消毒器等医疗用具零部件。大型吹塑成型可做汽车大型部件如阻流板、保险杠、低发泡成型相宜建造高刚性、尺寸稳定性、优秀吸音性、内部结构庞大的大型成品,如各类机械外壳、底座、内部支架,设想自由度大,成品轻量化。


      汽车工业是发达国家工程塑料使用最为普遍、利用量最大的产业门类,也是国外工程塑料最有发展潜力的范畴之一。每辆汽塑料的用量是权衡汽车生产技术程度的标记之一。跟着社会及科技的开展,人们对汽车提出了更高的要求:轻型、节能、美妙、安全、环保等。而塑料制品因为具有优良的机能、昂贵的价钱、简朴的加工工艺,在汽车工业中饰演着越来越主要的脚色。在汽车工业范畴大量利用塑料制品,以替代各类高贵的有色金属和合金材料,不只提高了汽车外型的美妙与设想的灵活性,低落了零部件加工、装配与维修的用度,并且还能够低落汽车的能耗。当前,汽车工业范畴已开端大量利用塑料,用以替代各类有色金属和合金钢材,这是汽车工业提高汽车外型美妙和设想灵活性、低落零部件加工、装配和维修用度的有效途径。车用塑料的利用已成为权衡汽车工业开展程度的标记之一。为了顺应节能和环保的要求,世界上一些大型车商,好比:通用、福特、群众、丰田、本田、沃尔沃等,都制定了开辟塑料汽车的方案。拜耳聚合物公司在2008年将扩大消费合用车身质料的工程塑料混合物,这类塑料在蒙受撞击、卑劣天气及持久合用后,仍旧能连结原有外形稳定。车用工程塑料在内饰外件、构造功用件的使用日益普遍,传统的金属材料和一般塑料将逐步被代替。跟着汽车对安全、高速、节能、温馨、美妙等要求的日趋提高,对塑料件的要求也不断提高,塑料的开辟历程也将不竭放慢。

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