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KR102051595B1 - 샌드위치형 구성요소 - Google Patents

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KR102051595B1
KR102051595B1 KR1020180169465A KR20180169465A KR102051595B1 KR 102051595 B1 KR102051595 B1 KR 102051595B1 KR 1020180169465 A KR1020180169465 A KR 1020180169465A KR 20180169465 A KR20180169465 A KR 20180169465A KR 102051595 B1 KR102051595 B1 KR 102051595B1
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matrix material
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fibrous
sandwich component
layers
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군터 볼프스베르거
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마그나 스티어 파르초이크테시닉 아게 운트 코. 카게
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Publication date
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Abstract

샌드위치형 구성요소(1)는 적어도 하나의 코어층(2) 및 적어도 두 개의 섬유층(3)을 포함하고, 적어도 하나의 매트릭스 재료(4)가 섬유층(3) 중 적어도 하나의 상부측 및/또는 하부측 상에 도포되고, 매트릭스 재료(4)는 섬유층(3) 중 적어도 두 개 상에 상이한 방식으로 도포되고 그리고/또는 매트릭스 재료(4)는 이의 상부측 및/또는 하부측을 따라서 섬유층(3) 중 적어도 하나 상에 상이한 방식으로 도포된다.

Description

샌드위치형 구성요소{SANDWICH COMPONENT}
본 발명은 특히 차량 산업에 사용하기 위한 샌드위치형 구성요소에 관한 것이다.
샌드위치형 구성요소는 일반적으로 동일한 재료 또는 상이한 재료의 층으로 구성되는 구성요소를 의미하는 것으로서 이해되어야 한다. 가장 간단한 경우, 샌드위치형 구성요소는 두 개의 커버층인 상부 커버층 및 하부 커버층과, 상부 커버층과 하부 커버층 사이에 배열되는 코어층으로 구성된다. 커버층들은 섬유 및/또는 직물의 방식으로 구성되고 접착형 매트릭스 재료가 침투될 수 있다. 개별층들사이의 최종 연결은 보통 예를 들어 프레스 등의 적합한 공구에 의해 가압됨으로써 발생한다.
이러한 샌드위치형 구성요소는 수많은 다양한 영역에서 사용된다. 그러나, 최근, 경량 자동차 구성 영역에서 특히 구조적 구성요소로서의 이들의 중요성은 크게 증가되어 왔다.
종래 기술은 구조적 구성요소의 제조에 대해 수많은 다양한 접근법을 개시한다.
상부 및 하부 커버층과 코어층 사이에 내구성을 갖는 연결부가 달성되게 하기 위해, 매트릭스, 특히 접착형 수지가 사용되고, 이는 커버층과 코어층의 가압 도중에 커버층을 통해 압박되어 이 방식으로 커버층과 코어층 사이에 연결부를 생성한다. 여기서 매트릭스 재료의 도포는 오직 외측으로부터 최외측 커버층 상으로 실행된다. 전형적으로, 개별층들이 가압될 때 매트릭스 재료의 커버층의 신뢰성 있는 침투를 보장하기 위해, 과잉량의 매트릭스 재료가 여기에 도포된다.
간략히 상술된 방법에 따르는 샌드위치형 구성요소의 제조에서, (조성 및 도포 두께의 관점에서) 오직 하나의 유형의 매트릭스 재료가 최외측 커버층 상에 도포될 수 있다. 게다가, 매트릭스 재료의 점성 및 커버층의 침투성에 의존하여, 매트릭스 재료가 코어층 안으로 너무 깊게 진입되어 확인되지 않은 방식으로 코어층에 침투할 수 있다. 이를 방지하기 위해, 종래 기술에 따르면, 흔히 매트릭스 재료에 대해 불침투성인 배리어층이 커버층과 코어층 사이에 배치된다. 그러나, 대부분의 경우 이 배리어층은 별도의 작업 절차에서 코어층에 접착식으로 접합되어야 한다.
본 발명의 목적은 특히 가장 변화된 기술 및 광학적 요구 조건을 충족시키는 요구 조건에 관해, 간단하며 비용-효율적이도록 설계된 개선된 샌드위치형 구성요소를 제안하는 것이다.
목적의 달성은 샌드위치형 구성요소에 의해 제공되며, 샌드위치형 구성요소는 적어도 하나의 코어층 및 적어도 두 개의 섬유층을 포함하고, 적어도 하나의 매트릭스 재료가 섬유층 중 적어도 하나의 상부측 및/또는 하부측 상에 도포되고, 매트릭스 재료는 섬유층 중 적어도 두 개 상에 상이한 방식으로 도포되고 그리고/또는 섬유층의 상부측 및/또는 하부측을 따라서 섬유층 중 적어도 하나 상에 상이한 방식으로 도포된다.
본 발명의 유리한 개선예는 종속 특허 청구항으로부터 유래될 수 있다.
본 발명에 따르는 샌드위치형 구성요소는 코어층 및 적어도 두 개의 섬유층을 포함한다. 본 발명에 따르면, 섬유층은 코어층의 상부측 및/또는 하부측 상에 배치된다.
본 발명에 따르면, 적어도 하나의 매트릭스 재료가 적어도 하나의 섬유층의 상부측 및/또는 하부측 상에 도포되고, 특히 매트릭스 재료는 적어도 두 개의 섬유층 상에 상이한 방식으로 도포되고 그리고/또는 특히 매트릭스 재료는 상부측 및/또는 하부측을 따라서 적어도 하나의 섬유층 상에 상이한 방식으로 도포된다.
본 발명에 따르는 자동차용 샌드위치형 구성요소는 적어도 하나의 코어층(2), 적어도 두 개의 섬유층(3) 및 섬유층(3) 상에 도포되는 매트릭스 재료(4)의 복수의 층을 포함한다. 본 발명에 따르면, 매트릭스 재료(4)의 제1 층은 섬유층(3)들 사이에 배치되고 제1 매트릭스 재료 양을 포함하며, 매트릭스 재료(4)의 제2 층은 섬유층(3)들 중의 최외측 상에 배치되며, 매트릭스 재료(4)의 제2 층은 제1 매트릭스 재료 양보다 적은 제2 매트릭스 재료 양을 포함한다. 또한 제1 매트릭스 재료 양은 섬유층 상에서 측방향을 따라 매트릭스 재료의 상이한 양으로 도포되고, 제2 매트릭스 재료 양은 섬유층의 최외측 면 상에서 측방향을 따라 매트릭스 재료의 상이한 양으로 도포된다.
본 발명에 따르는 샌드위치형 구성요소는 코어층(2), 코어층(2) 상의 복수의 섬유층(3) 및 최내측 섬유층(3)과 코어층(2) 사이의 제1 층을 포함하는 매트릭스 재료(4)의 층을 포함한다. 본 발명에 따르면, 매트릭스 재료(4)의 층은 서로 상이한 양으로 도포되고, 매트릭스 재료(4)의 제2 층은 섬유층(3)들 사이에 배치되고 제1 매트릭스 재료 양을 포함하며, 매트릭스 재료(4)의 제3 층은 섬유층(3)들 중의 최외측 상에 배치되며, 매트릭스 재료(4)의 제3 층은 제1 매트릭스 재료 양보다 적은 제2 매트릭스 재료 양을 포함한다. 또한 제1 매트릭스 재료 양은 섬유층 상에서 측방향을 따라 매트릭스 재료의 상이한 양으로 도포되고, 제2 매트릭스 재료 양은 섬유층의 최외측 면 상에서 측방향을 따라 매트릭스 재료의 상이한 양으로 도포된다.
용어 "상이한 방식"은 매트릭스 재료가 특히 바람직하게는 상이한 양 및/또는 상이한 유형의 매트릭스 재료가 섬유층 상에 도포되는 것을 의미한다.
따라서 유리하게는 매트릭스 재료는 하나 또는 복수의 매트릭스 웨브(web) 상에 균질적으로 그리고/또는 비균질적으로 유리하게 도포된다.
이에 의해 각각의 섬유층에 대한 각각의 경우, 샌드위치형 구성요소의 기능적인 요구 조건, 예를 들어 부분적으로 상이한 구역의 강성 및 표면 품질 등에 대응하도록 개별적으로 구성되는 방식으로, 각각의 매트릭스 재료가 적어도 하나의 각각의 섬유층 상에 도포되는 이점이 발생한다. 여기에서 각각의 섬유층 상으로의 매트릭스 재료의 도포는 균질적으로 또는 비균질적으로 수행될 수 있고, 따라서 상이한 매트릭스-재료 구성을 갖는 구역이 예를 들어, 샌드위치형 구성요소의 면을 따라서 구성될 수 있다.
게다가, 재료의 개별 웨브 상으로의 매트릭스 재료의 (다양한 방식의) 개별적인 도포, 및 재료 웨브의 각각의 재료에 대한 매트릭스 재료의 특성(예를 들어, 점성, 틱소트로피, 양)의 적응으로 인해, 단지 비교적 얇은 매트릭스 도포가 각각의 경우에서 요구되고, 중량 및 기능의 관점에서 최적화가 발생한다.
바람직하게는, 적어도 두 개의 섬유층이 코어층의 일측 상에 배치된다.
섬유층은 바람직하게는 섬유 재료로부터 제조되고 바람직하게는 코어층에 비해 얇도록 설계된다. 이에 의해 사용된 섬유는 예를 들어 대마 섬유, 대나무 섬유, 셀룰로오스-계 섬유 등과 같은 천연 섬유이고, 그리고/또는 예를 들어, 폴리아미드 섬유, 유리 섬유, 카본 섬유 등과 같은 유기 및 무기 인공 섬유이다.
따라서 바람직하게는 섬유 재료는 직물, 부직물, 또는 니트 천, 매트, 메쉬, 등으로 가공된 섬유로 구성되고, 이들 성형부는 바람직하게는 복합 재료로서 공지된 것을 형성하도록 각각의 요구 조건에 적합한 기본 매트릭스 내에 추가로 가공된다.
본 발명에 따르는 방법의 실시예의 하나의 유리한 변형예에서, (섬유 재료의) 섬유층은 사전 처리되고, 이 경우 예를 들어 프라이밍(priming), 함침, 코팅, 등과 같은 관련 기술 분야의 통상의 기술자에게 친숙한 모든 사전처리 방식이 고려될 수 있다.
사용되는 개별 섬유층은 그 (기본) 조성 및 디자인(형상) 면에서 서로 상이할 수 있다.
바람직하게는, 섬유층은 샌드위치형 구성요소의 윤곽에 대응하는 (섬유-재료) 웨브 및/또는 미리-맞춤화된 개별(섬유-재료)층으로서 구성된다.
유리하게는, 섬유층은 매트릭스 재료가 침투 가능하도록 구성된다.
본 실시예의 선택적인 변형예에서, 개별 섬유층은 층을 이루도록 구성되고, 즉, 적어도 두 개의 개별층으로 구성되고, 개별층 중 적어도 하나는 섬유 재료이다.
비-섬유 재료로 구성되는 개별층은 유리하게는 플라스틱 필름으로 구성된다.
코어층은 바람직하게는 벌집 방식으로 구성된다. 그러나, 예를 들어 파형 구조와 같은 코어층의 다른 구조 또는 형상이 제외되지는 않는다.
코어층은 바람직하게는 예를 들어 중합체(포옴, 플라스틱, 고무, 등), 셀룰로오스-계 재료(페이퍼, 우드, 카드, 등), 복합 재료 또는 금속과 같은 경량 재료로부터 형성된다.
추가의 선택적인 실시예에서, 코어층은 예를 들어 서로의 상부에 배열되는 개별 코어층의 개수에 의해 층상 방식으로 구성된다. 여기서, 적어도 두 개의 개별 코어층은 서로 상이하도록 구성될 수 있다. 특히, 상이한 벌집 형상, 벌집 크기, 벌집 정렬부, 상이한 웨브 기하 형상 및/또는 벌집 재료 및/또는 개별 코어층을 갖는 벌집 코어가 적층되어 서로 연결될 수 있다. 이는 특히 유리하며, 왜냐하면, 그 결과로서, 추후에 완성된 구성요소에는 상이한 기능적 특성 또는 구성요소 특성 - 한편으로는 구성요소가 요구되는 특정 강도 및 강성을 갖도록 의도되지만, 다른 한편으로는 소정의 위치에서 연질의, 더욱 용이하게 변형 가능한 구역을 포함하도록 의도됨 -이 부분적으로 제공될 수 있기 때문이고, 이는 예를 들어 보행자와의 충돌시 부상을 회피하기 위한 차량 부분에서 유리하다.
바람직하게는, 샌드위치형 구성요소의 면을 따라서 상이한 개별 코어층을 갖는, 특히 상이한 개수 및/또는 형상 및/또는 재료 조성을 갖는 구역이 형성된다.
코어층은 바람직하게는 매트릭스 재료가 침투 가능하지만, 적어도 반-침투성이도록 구성된다.
매트릭스 재료는 바람직하게는 열가소성 및/또는 열경화성이다.
매트릭스 재료는 바람직하게는 수지, 특히 바람직하게는 합성 수지(폴리우레탄)이다.
특히 바람직하게는, 매트릭스 재료는 접착 방식으로 구성되고, 예를 들어 주 구성요소로서 수지 및 촉매, 또는 기부 및 촉매를 갖는다.
예를 들어 강도 또는 탄성 등의 다양한 요구 조건에 관해 매트릭스 재료의 특성에 영향을 주기 위해, 예를 들어 섬유 등의 추가 구성요소 및/또는 재료가 매트릭스 재료와 혼합되는 것이 유리하다.
이는 매트릭스 재료를 재료의 웨브에 상이한 방식으로, 즉 균질적으로 및/또는 비균질적으로 도포하기 위해, 매트릭스 재료와 균질적으로 또는 비균질적으로 혼합되는 짧은 그리고/또는 긴 섬유를 포함할 수 있다. 따라서 상이한 구성요소 특성, 예를 들어 재료의 웨브의 표면 영역에 걸친 비균질적인 그리고/또는 균질적인 구역의 강성이 마찬가지로 생성된다. 이는 샌드위치형 구성요소가 구성요소의 표면 영역 및 층들의 층 구조 모두에 걸쳐 균질적인 그리고/또는 비균질적인 층 구조를 갖도록 한다.
바람직하게는, 매트릭스 재료는 섬유층들 사이에, 그리고/또는 하나의 섬유층과 코어층 사이의 중간 공간에, 그리고/또는 최외측 섬유층 상에 외부에 배치된다.
본 발명에 따르는 샌드위치형 구성요소의 하나의 유리한 실시예에서, 섬유층이 아닌 적어도 하나의 재료층이 섬유층들 사이에, 그리고/또는 하나의 섬유층과 코어층 사이의 중간 공간에, 그리고/또는 최외측 섬유층의 외측에 배치된다.
바람직하게는, 섬유층, 매트릭스 재료, 적용 가능한 경우 재료층, 및 코어층은 샌드위치형 구성요소를 형성하도록 가압된다.
본 발명에 따르는 샌드위치형 구성요소는 자동차의 평면형 구성요소로서, 특히 전방 리드(lid), 도어, 루프, 후방 해치, 짐(load) 베드, 커버링, 본체 플로어 패널, 또는 토션 박스로서 사용될 수 있다.
본 발명은 도면을 참조하여 이하에서 예의 방식으로 설명된다.
도 1은 가압 이전, 본 발명에 따르는 샌드위치형 구성요소의 개략적인 도면.
도 2는 가압 이후, 본 발명에 따르는 샌드위치형 구성요소의 개략적인 도면.
도 1 및 도 2는 본 발명에 따르는 샌드위치형 구성요소(1)의 가압 이전(도 1) 및 가압 이후(도 2)의 개략적인 도면을 도시한다.
도 1에 개략적으로 도시된 샌드위치형 구성요소(1)는 코어층(2) 및 3개의 섬유층(3)을 갖는다. 섬유층(3)은 코어층(2)의 상부측에 배치된다.
매트릭스 재료(4)가 3개의 섬유층(3) 각각의 상부측에 도포되고, 매트릭스 재료(4)는 또한 최내측 섬유층(6)과 코어층(2) 사이에 배치되고, 이 매트릭스 재료(4)는 최내측 섬유층(6)의 하부측에 도포된다.
도포되는 매트릭스 재료(4)의 양의 관점에서, 예를 들어 최외측 섬유층(5)의 상부측보다 최내측 섬유층(6)의 상부측에 더 많은 매트릭스 재료(4)가 도포된다.
따라서, 매트릭스 재료(4)가 최내측 섬유층(6) 및 최외측 섬유층(7) 상에 "상이한 방식"으로, 본 개략적인 예시적인 실시예의 경우 상이한 양으로, 도포된다.
섬유층(3)은 샌드위치형 구성요소(1)의 외형에 대응하는 미리-구성된 개별층으로서 구성된다.
코어층(2)은 벌집 방식으로 그리고 하나의 부품으로 실시되고, 벌집은 상부측을 향해 개방되고 매트릭스 재료(4)를 수용할 수 있다.
도 2는 가압 이후 샌드위치형 구성요소(1)의 개략적인 도면을 도시한다.
가압은 습식-가압법에 의한 프레스에 의해 실행된다.
섬유층(3)은 매트릭스 재료(4)가 침투 가능하도록 구성되고, 가압에 의해 매트릭스 재료(4)는 모든 섬유층(3)을 통과하여 압착된다.
섬유층(3) 상으로의 매트릭스 재료(4)의 표적화된 도포에 의해, 코어층(2)은 매트릭스 재료(4)에 의해 단지 약간 함침되고, 이는 또한 코어층(2)에 대한 섬유층(3)의 충분한 접합을 보장한다.
1: 샌드위치형 구성요소
2: 코어층
3: 섬유층
4: 매트릭스
5: 최외측 섬유층
6: 최내측 섬유층

Claims (18)

  1. 적어도 하나의 코어층(2), 적어도 두 개의 섬유층(3) 및 섬유층(3) 상에 도포되는 매트릭스 재료(4)의 복수의 층을 포함하는 자동차용 샌드위치형 구성요소(1)에 있어서,
    매트릭스 재료(4)의 제1 층은 섬유층(3)들 사이에 배치되고 제1 매트릭스 재료 양을 포함하며,
    매트릭스 재료(4)의 제2 층은 섬유층(3)들 중의 최외측 상에 배치되며,
    매트릭스 재료(4)의 제2 층은 제1 매트릭스 재료 양과 상이한 제2 매트릭스 재료 양을 포함하고,
    적어도 두 개의 섬유층(3)이 적어도 하나의 코어층(2)의 일측 상에 배치되고,
    제1 매트릭스 재료 양은 섬유층 상에서 측방향을 따라 매트릭스 재료의 상이한 양으로 도포되고, 제2 매트릭스 재료 양은 섬유층의 최외측 면 상에서 측방향을 따라 매트릭스 재료의 상이한 양으로 도포되는 것을 특징으로 하는, 샌드위치형 구성요소.
  2. 제1항에 있어서,
    매트릭스 재료(4)의 층은 조성 및 도포 두께의 관점에서 서로 상이한 유형인 매트릭스 재료인 것을 특징으로 하는, 샌드위치형 구성요소(1).
  3. 제1항에 있어서,
    매트릭스 재료(4)는 섬유를 포함하는 것을 특징으로 하는, 샌드위치형 구성요소(1).
  4. 제1항에 있어서,
    매트릭스 재료(4)는 폴리우레탄을 포함하는 것을 특징으로 하는, 샌드위치형 구성요소(1).
  5. 제1항에 있어서,
    매트릭스 재료(4)의 층은 최내측 섬유층(3)과 코어층(2) 사이의 중간 공간에 배치되는 층을 포함하는 것을 특징으로 하는, 샌드위치형 구성요소(1).
  6. 제1항에 있어서,
    적어도 하나의 코어층(2)은 벌집 방식으로 형성되는 것을 특징으로 하는, 샌드위치형 구성요소(1).
  7. 제1항에 있어서,
    적어도 하나의 코어층(2)은 서로의 상부에 적층되는 적어도 두 개의 개별 코어층으로부터 층상 방식으로 구성되는 것을 특징으로 하는, 샌드위치형 구성요소(1).
  8. 제7항에 있어서,
    개별 코어층은 그 형상 및 재료 조성에 관해 서로 상이하도록 구성되는 것을 특징으로 하는, 샌드위치형 구성요소(1).
  9. 제7항에 있어서,
    샌드위치형 구성요소의 면을 따라서 코어층 중에서 상이한 개별 코어층을 갖는 구역이 형성되는 것을 특징으로 하는, 샌드위치형 구성요소(1).
  10. 제1항에 있어서,
    적어도 하나의 코어층은 중합체 재료로부터 구성되는 것을 특징으로 하는, 샌드위치형 구성요소(1).
  11. 제1항에 있어서,
    적어도 하나의 코어층(2)은 매트릭스 재료(4)에 적어도 반-침투성이도록 구성되는 것을 특징으로 하는, 샌드위치형 구성요소(1).
  12. 제1항에 있어서,
    섬유층(3)들 사이, 하나의 섬유층(3)과 코어층(2) 사이의 중간 공간, 및 최외측 섬유층(3)의 외측 중 적어도 하나에 섬유층(3)이 아닌 적어도 하나의 재료층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 샌드위치형 구성요소(1).
  13. 제1항에 있어서,
    섬유층(3), 매트릭스 재료(4), 및 코어층(2)은 샌드위치형 구성요소(1)를 형성하도록 가압되는 것을 특징으로 하는, 샌드위치형 구성요소(1).
  14. 제1항에 있어서,
    섬유층(3)은 샌드위치형 구성요소의 외형에 대응하는 웨브로서 또는 미리- 맞춤화된 개별층으로서 구성되는 것을 특징으로 하는, 샌드위치형 구성요소(1).
  15. 제1항에 있어서,
    섬유층(3)은 사전 처리되는 것을 특징으로 하는, 샌드위치형 구성요소(1).
  16. 제1항에 있어서,
    섬유층(3)은 매트릭스 재료(4)가 침투 가능하도록 구성되는 것을 특징으로 하는, 샌드위치형 구성요소(1).
  17. 적어도 하나의 코어층(2), 적어도 두 개의 섬유층(3) 및 섬유층(3) 상에 도포되는 매트릭스 재료(4)의 복수의 층을 포함하는 자동차용 샌드위치형 구성요소(1)에 있어서,
    매트릭스 재료(4)의 제1 층은 섬유층(3)들 사이에 배치되고 제1 매트릭스 재료 양을 포함하며,
    매트릭스 재료(4)의 제2 층은 섬유층(3)들 중의 최외측 상에 배치되며,
    매트릭스 재료(4)의 제2 층은 제1 매트릭스 재료 양보다 적은 제2 매트릭스 재료 양을 포함하고
    제1 매트릭스 재료 양은 섬유층 상에서 측방향을 따라 매트릭스 재료의 상이한 양으로 도포되고, 제2 매트릭스 재료 양은 섬유층의 최외측 면 상에서 측방향을 따라 매트릭스 재료의 상이한 양으로 도포되는, 샌드위치형 구성요소.
  18. 코어층(2), 코어층(2) 상의 복수의 섬유층(3) 및 최내측 섬유층(3)과 코어층(2) 사이의 제1 층을 포함하는 매트릭스 재료(4)의 층을 포함하는 자동차용 샌드위치형 구성요소(1)에 있어서,
    매트릭스 재료(4)의 층은 서로 상이한 양으로 도포되고,
    매트릭스 재료(4)의 제2 층은 섬유층(3)들 사이에 배치되고 제1 매트릭스 재료 양을 포함하며,
    매트릭스 재료(4)의 제3 층은 섬유층(3)들 중의 최외측 상에 배치되며,
    매트릭스 재료(4)의 제3 층은 제1 매트릭스 재료 양보다 적은 제2 매트릭스 재료 양을 포함하고,
    제1 매트릭스 재료 양은 섬유층 상에서 측방향을 따라 매트릭스 재료의 상이한 양으로 도포되고, 제2 매트릭스 재료 양은 섬유층의 최외측 면 상에서 측방향을 따라 매트릭스 재료의 상이한 양으로 도포되는, 샌드위치형 구성요소.
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