流变及力学性能

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高分子材料的流变性能研究

高分子材料的流变性能研究

高分子材料的流变性能研究高分子材料是一类由大量重复单元构成的大分子化合物,具有广泛的应用领域。

在实际应用中,高分子材料的流变性能研究对于了解其内在特性、优化工艺以及预测材料在不同工况下的表现至关重要。

本文将以高分子材料的流变性能研究为主题,探讨流变性能的定义、测试方法以及研究意义。

首先,我们来了解什么是高分子材料的流变性能。

流变学是研究物质在外力作用下变形和流动行为的学科。

高分子材料的流变性能即指其在外力作用下的变形和流动行为特性。

高分子材料的流变性能与其分子结构、链长、分子量分布、交联程度等因素密切相关,直接影响材料的物理力学性能和加工工艺。

在研究高分子材料的流变性能时,重要的一步是选择合适的测试方法。

目前常用的高分子材料流变性能测试方法包括旋转流变仪、拉伸流变仪、压缩流变仪等。

旋转流变仪主要用于测量高分子材料的剪切流变性能,通过在不同剪切速率下测量应力和应变的关系,以了解材料的粘弹性、塑性和黏弹性等特性。

拉伸流变仪则主要用于测量高分子材料的拉伸性能,通过施加不同的拉伸速率和应力,研究材料的应变和应力关系。

压缩流变仪则可在承受压力情况下,研究高分子材料的压缩变形特性。

通过上述测试方法,我们可以获得高分子材料的流变性能数据。

这些数据对于了解材料的变形行为、判断材料的应用性能以及指导材料的设计和制备具有重要意义。

从流变性能数据中,可以获得高分子材料的流变学参数,如剪切模量、拉伸模量、弹性模量、黏滞系数等。

这些参数反映了材料的力学性能、变形能力和变形时间。

通过分析这些参数值的变化趋势,可以评估材料的物理力学性能以及材料在不同应用条件下的性能稳定性。

高分子材料的流变性能研究具有广泛的应用领域,例如在工程塑料的开发中,了解材料在高温、高压下的流变行为,有助于判断材料在实际应用中的性能表现。

在医疗领域,研究生物材料的流变性能,可以为医疗器械的设计和材料选择提供依据。

在涂料和胶粘剂行业,通过研究材料的流变性能,可以优化涂料的施工性能和胶粘剂的黏附力。

材料流变性能的研究方法及应用

材料流变性能的研究方法及应用

材料流变性能的研究方法及应用材料的流变性能是指材料在外力作用下变形和流动的行为和性质,研究材料流变性能对于深入了解材料的本质和应用具有重要意义。

本文将从流变性能的概念入手,介绍流变性能的研究方法和应用,为读者提供全面的了解。

一、流变性能的定义材料的流变性能是指材料在外力作用下的弹性、塑性、黏性和断裂破坏等变形和流动行为和性质。

它反映了材料内部分子、原子之间相互作用和位移,通常通过变形速率、应力和温度等参数来表征。

流变性能与材料的基本物理化学性质密切相关,材料的力学性能、物理性能、化学性能和加工性能等均与材料流变性能有关。

例如,高分子材料的流变性能对于生产塑料制品的加工过程和制品性能具有重要影响。

二、流变性能的研究方法流变性能的研究方法可以分为直接方法和间接方法两类。

直接方法是通过实验观测材料在外力下的变形和流动行为,并记录变形速率、应力、温度等参数,从而建立材料的流变学模型。

实验方法包括旋转式流变仪、剪切式流变仪、振动式流变仪、蠕变式流变仪等。

这些方法广泛应用于塑料、橡胶、纤维、涂料、胶粘剂等材料的流变性能研究。

间接方法是通过利用其他材料性质的变化来推断材料的流变性能。

这种方法常用于液态、半液态材料的流变性能研究。

例如,利用光学和等离子光谱等方法研究胶体粒子的运动行为,从而得出胶体的流变学特性。

三、流变性能的应用材料流变性能广泛应用于材料的合成、制备、加工、性能测试等方面。

合成方面,材料流变性能有助于合成高分子材料、纳米材料、三维打印材料等新型材料的设计和开发,使其具备更好的加工性能、力学性能和磨损性能等。

制备方面,材料流变性能尤其重要。

例如,高分子材料在注塑成型过程中需要考虑材料的流动性和热稳定性等性能,以确保制品质量。

在食品工业中,利用材料流变性能研究和控制膳食、面团、汁料等的流动特性,保证食品的质量和口感。

加工方面,材料流变性能有助于选择最佳的加工方法和工艺条件。

利用材料的流变性能研究聚合物溶液和熔体的加工流变性能,可以确定最佳的挤出、注射成型等加工工艺条件,提高产品的加工效率和质量。

扩链剂对PBAT和P34HB生物降解共混物流变和力学性能的影响

扩链剂对PBAT和P34HB生物降解共混物流变和力学性能的影响

前言过度使用不可生物降解的塑料导致全球塑料碎片的积累、环境和生态问题。

用可生物降解的塑料代替传统的聚合物是克服环境问题的方法之一。

聚己二酸丁二醇酯-对苯二甲酸共聚二甲酸酯(PBAT)主要来源于化石,是一种商业化的可生物降解的脂肪族芳香族共聚酯。

PBAT具有良好的柔韧性和高加工性等优点,特别适用于软包装材料、餐具和农用地膜。

然而,PBAT的一些缺点,包括低模量、高生产成本和较差的熔体粘弹性,限制了其在许多领域中的应用。

将PBAT与其他具有互补特性的可生物降解聚合物混合,以提高其性能并拓宽应用范围,一直备受关注,并且符合环保和可持续性的概念。

聚(3-羟基丁酸-co-4-羟基丁酸酯)(P34HB)是脂肪族聚酯聚羟基链烷酸酯(PHA)家族中的共聚物,由3-羟基丁酸酯(3HB)和4-羟基丁酸酯(4HB)单元组成。

由于P34HB的生物相容性、生物降解性和生物合成性,引起了人们的广泛关注。

因此,将刚度P34HB与韧性PBAT相结合,可以克服每种成分的一些缺点,并获得具有平衡性能的可生物降解混合物。

添加扩链剂被认为是一种易于应用的方法,可以提高熔体强度和机械性能,就像聚合物共混物中的相容剂一样。

在熔融状态下共混过程中使用环氧树脂基团的扩链剂时,会形成嵌段或接枝共聚物,这可以增强共混物中两种组分之间的相容性。

考虑到PBAT和P34HB之间的互补性,以及扩链剂的增容剂效应,本研究采用简单的熔融共混法制备了可生物降解的生物基PBAT/P34HB与环氧树脂扩链剂共混物。

通过流变学、力学和热学实验,研究了环氧树脂基扩链剂的存在和用量对PBAT/P34HB共混物综合性能的影响。

样品制备在复合前,将PBAT和P34HB在50°C的真空烘箱中干燥6h以除去水分。

PBAT 与P34HB的重量比固定为70/30,基于PBAT/P34HB共混物总质量的ADR质量分数设定为0.2、0.5和1 wt%。

使用密炼机混合带和不带扩链剂的PBAT/P34HB共混物。

ADR4370F对聚乳酸流变行为和力学性能的影响

ADR4370F对聚乳酸流变行为和力学性能的影响

ADR4370F对聚乳酸流变行为和力学性能的影响林鸿裕;夏新曙;杨松伟;黄宝铨;陈庆华;肖荔人【摘要】以环氧类扩链剂(ADR4370F)经双螺杆挤出机对聚乳酸(PLA)进行熔融扩链,并对其流变行为和力学性能进行了分析.结果表明,ADR4370F能有效提高PLA 体系的储能模量、损耗模量、复数黏度、松弛时间(τ)和松弛模量H(τ);ADR4370F 的加入使得材料弹性响应加快,黏性耗散减小,并当ADR4370F含量高于1.0%(质量分数,下同)时,体系出现"类凝胶"行为;Cole-Cole图揭示了PLA扩链体系出现支化结构,并通过vGP图预测其支化产物具有星形的拓扑结构;ADR4370F的加入有利于提高PLA的缺口冲击强度,而对拉伸强度则无明显影响.当其含量为1.0%时,材料的缺口冲击强度从3.62 kJ/m2提高到6.0 kJ/m2,比纯PLA提高了65.75%.%Ploy(lactic acid)(PLA)was chain-extended by an epoxy chain extender (ADR4370F) through melt extrusion, and then its rheological behavior and mechanical properties were investigated.The rheological evaluation indicated that the storage modulus, loss modulus, complex viscosity,relaxation time,and relaxation modulus of PLA were improved due to the chain extension by ADR4370F.Moreover,the elastic response became faster with the addition of ADR4370F but viscous dissipation became weaker.PLA exhibited a gel-like behavior when 1.0 wt%ofADR4370F was incorporated.Cole-Cole plots exhibited a branched structure formed by chain extension,and meanwhile vGP plots further predicted a star-like topological structure within the chain-extended PLA.The mechanical tests showed that the notched impact strength of PLA were improved with the addition of ADR4370F,and however there wasalmost little effect on tensile strength.With the addition of 1.0 wt % ADR4370F,the notched impact strength of PLA was improved to 6.0kJ/m2 ,presenting an increase by 65.75 %compared with that of pristine PLA.【期刊名称】《中国塑料》【年(卷),期】2017(031)006【总页数】5页(P54-58)【关键词】聚乳酸;环氧类扩链剂;流变行为;力学性能【作者】林鸿裕;夏新曙;杨松伟;黄宝铨;陈庆华;肖荔人【作者单位】福建师范大学,福建福州350007;福建省污染控制与资源循环利用重点实验室,福建福州350007;福建师范大学,福建福州350007;福建省污染控制与资源循环利用重点实验室,福建福州350007;福建师范大学,福建福州350007;福建省污染控制与资源循环利用重点实验室,福建福州350007;福建师范大学,福建福州350007;福建省污染控制与资源循环利用重点实验室,福建福州350007;福建师范大学,福建福州350007;福建省污染控制与资源循环利用重点实验室,福建福州350007;福建师范大学,福建福州350007;福建省污染控制与资源循环利用重点实验室,福建福州350007【正文语种】中文【中图分类】TQ321PLA作为环境友好型材料,来源丰富,同时兼具高强度、高模量等特性,被广泛应用于机械制件、食品包装、发泡材料和三维打印等领域[1-3]。

硅橡胶基磁流变弹性体的制备及其力学性能测试

硅橡胶基磁流变弹性体的制备及其力学性能测试

似 , 求颗 粒具有 高磁 导 率 、 剩 磁 和 高饱 和 磁化 强 要 低 度. 常用 的磁 性颗 粒是球 状 、 径几 微米 的羰基铁 粉. 直
文 中的磁 流变 弹性体 配方选 用硅橡 胶 、 羰基铁 粉
和硅油 组成. 体材 料选用 江苏 溧 阳飞达硅 橡胶粘 合 基 剂 厂的 7 4硅橡 胶 , 0 该硅 橡 胶 能 在 常 温下 快 速 固化 ;
0 引言
磁流 变 弹性 体 ( g eo hoo ia e so r) ma n tr e lgc1 l tmes a 是磁 流变材 料的一个 新 的分支 , 是磁 流变 液的 固体模 拟 , 常是通 过物理 化 学 手段 , 磁 性 颗 粒散 布在 粘 通 将
虑, 磁流变 弹性 体的基本 制备 方法 主要 分为有 场制备
基 金项 目 ; 家 自然科 学 基 金 资 助 项 目(0 0 0 9 ; 南 工 程 学 院博 士 科 研 启 动基 金 资 助 项 目(8 3 国 18 2 2 ) 湖 0 5) 作 者 简 介 : 克 湘 (9 3 男 , 士 , 魏 17 ~) 博 副教 授 , 究 方 向 : 能 结构 与 振 动 控 制. 研 智
相 互作用力 , 材料 的 弹性 、 切 储 能模 量 与 损 耗 因 使 剪
子 等发生 变化 , 观 表 现 即为 阻 尼 和刚 度 可 控. 流 宏 磁
的弹性体 材料 ; 而无场 制备 的磁 流变 弹性体 的特点在 于基 体 固化过程 中 , 不施 加 外 磁 场 , 时 颗粒 在 基体 这 中的朝 向将 呈随 机分布 , 故无 场制 备的磁 流变 弹性体 是一种 各 向同性 的弹性体 材料 . 磁 流变 弹性体 的 主要 成 分 包括 高 分 子 聚合 物 基

聚合物材料中的流变性能测试分析

聚合物材料中的流变性能测试分析

聚合物材料中的流变性能测试分析在聚合物材料的开发、制造和应用过程中,流变性能测试是一个重要的环节,其能够有效地评估材料的变形行为、力学性能以及应用性能。

因此,了解聚合物材料中的流变性能及其测试分析方法,对于提高聚合物材料的应用性能、推动聚合物材料的研究和应用具有重要的意义。

一、聚合物材料的流变性能聚合物材料是指一类具有高分子结构的材料,其分子量通常高于10万,这种材料的性能是由其分子结构决定的。

在应用场合中,聚合物材料的性能会随着其形状、尺寸和应力状态的变化而发生变化。

因此,聚合物材料的流变性能对于其应用性能的评估和控制具有重要的作用。

聚合物材料的流变性能包括了黏弹性、塑性和蠕变等性质。

黏弹性是指聚合物材料在受到一定应力时的变形能力,即材料随时间的变形量。

塑性是指聚合物材料在受到应力时,随着应力的增加发生的可塑性变形。

蠕变是指聚合物材料在受到恒定应力时,材料随时间的收缩变形。

二、聚合物材料的流变性能测试聚合物材料的流变性能测试是利用流变仪对聚合物材料进行测试,主要包括剪切模量、黏性、塑性和流量指数等参数的测试。

其测试过程是将样品装入流变仪的测量室中,然后通过引入规定的变形应力,来测定聚合物材料在规定的应力范围和频率下的流变性能。

流变仪是一种专门用于测量材料流变性质的仪器。

其主要原理是利用试样在测量室中应变或位移的变化来计算材料在不同应力下的黏弹性、塑性、蠕变等性质。

流变仪可以通过调节控制板的参数,来控制样品的速度、应力、频率和温度等参数,从而实现对材料流变性质的测试和分析。

三、聚合物材料流变性能测试分析1.剪切模量测试分析剪切模量是衡量材料刚度和变形能力的重要参数。

聚合物材料的剪切模量随着应力的增加而增加,因此,其在应用过程中往往需要具有一定的刚度和力学性能。

流变仪可以通过调节控制板的参数,来测定样品在不同应力下的剪切模量。

2.黏性测试分析黏性是衡量材料流体性质的重要参数。

聚合物材料的黏性随着应力的增加而减小,因此其应用过程中不易出现黏滞和流动离散等情况。

流变及力学性能

流变及力学性能

流变学是力学的一个新分支,它主要研究材料在应力、应变、温度湿度、辐射等条件下与时间因素有关的变形和流动的规律。

流变学研究内容是各种材料的蠕变和应力松弛的现象、屈服值以及材料的流变模型和本构方程。

材料的流变性能主要表现在蠕变和应力松弛两个方面。

蠕变是指材料在恒定载荷作用下,变形随时间而增大的过程。

蠕变是由材料的分子和原子结构的重新调整引起的,这一过程可用延滞时间来表征。

当卸去载荷时,材料的变形部分地回复或完全地回复到起始状态,这就是结构重新调整的另一现象。

材料在恒定应变下,应力随着时间的变化而减小至某个有限值,这一过程称为应力松弛。

这是材料的结构重新调整的另一种现象。

蠕变和应力松弛是物质内部结构变化的外部显现。

这种可观测的物理性质取决于材料分子(或原子)结构的统计特性。

因此在一定应力范围内,单个分子(或原子)的位置虽会有改变,但材料结构的统计特征却可能不会变化。

当作用在材料上的剪应力小于某一数值时,材料仅产生弹性形变;而当剪应力大于该数值时,材料将产生部分或完全永久变形。

则此数值就是这种材料的屈服值。

屈服值标志着材料有完全弹性进入具有流动现象的界限值,所以又称弹性极限、屈服极限或流动极限。

同一材料可能会存在几种不同的屈服值,比如蠕变极限、断裂极限等。

在对材料的研究中一般都是先研究材料的各种屈服值。

在不同物理条件下(如温度、压力、湿度、辐射、电磁场等),以应力、应变和时间的物理变量来定量描述材料的状态的方程,叫作流变状态方程或本构方程。

材料的流变特性一般可用两种方法来模拟,即力学模型和物理模型:在简单情况(单轴压缩或拉伸,单剪或纯剪)下,应力应变特性可用力学流变模型描述。

在评价蠕变或应力松弛试验结果时,利用力学流变模型有助于了解材料的流变性能。

这种模型已用了几十年,它们比较简单,可用来预测在任意应力历史和温度变化下的材料变形。

力学模型的流变模型没有考虑材料的内部物理特性,如分子运动、位错运动、裂纹扩张等。

硅烷对竹塑发泡材料流变及力学性能的影响

硅烷对竹塑发泡材料流变及力学性能的影响
3 ( ) 13—17 8
第3 2卷 第 2期
21 0 2年 4月
Junl f ui oeeo oet ora o j nC Ug f rs y F a F r
硅烷对竹塑发泡 材料流变及力学性 能的影 响
周吓星, 陈礼辉 , 林巧佳 ( 福建农林大学材料 工程 学院, 福建 福州 3 00 ) 50 2
顿假塑性流体行为 ; 随着 K 5 0用量的增加 , 牛顿指数增 大 , H7 非 体系表 观黏度对剪切速率 的依赖性 减小 ; 同时材料的力学性
能先提高后 降低 , 添加 2 H 7 时 , 材料的力学性能最佳 , %K 50 复合 与未改性 的复合材料 相比 , 曲、 拉 伸和 比冲击强度提 比弯 比
Z UXax g C N L—u, I i -a HO i—n , HE i i LN Qa j i h oi
( oeeo t a E g er g ua g cl r n oet nvr t,F zo ,Fj n30 0 , hn ) C l g f e l n i e n ,Fj nA r ut ea dFrsyU i sy uhu ui 5 02 C ia l Ma r n i i i i u r ei a
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流变学是力学的一个新分支,它主要研究材料在应力、应变、温度湿度、辐射等条件
下与时间因素有关的变形和流动的规律。

流变学研究内容是各种材料的蠕变和应力松弛的现象、屈服值以及材料的流变模型和
本构方程。

材料的流变性能主要表现在蠕变和应力松弛两个方面。

蠕变是指材料在恒定载荷作用下,变形随时间而增大的过程。

蠕变是由材料的分子和原子结构的重新调整引起的,
这一过程可用延滞时间来表征。

当卸去载荷时,材料的变形部分地回复或完全地回复
到起始状态,这就是结构重新调整的另一现象。

材料在恒定应变下,应力随着时间的
变化而减小至某个有限值,这一过程称为应力松弛。

这是材料的结构重新调整的另一
种现象。

蠕变和应力松弛是物质内部结构变化的外部显现。

这种可观测的物理性质取
决于材料分子(或原子)结构的统计特性。

因此在一定应力范围内,单个分子(或原子)的位置虽会有改变,但材料结构的统计特征却可能不会变化。

当作用在材料上的剪应力
小于某一数值时,材料仅产生弹性形变;而当剪应力大于该数值时,材料将产生部分或完全永久变形。

则此数值就是这种材料的屈服值。

屈服值标志着材料有完全弹性进入
具有流动现象的界限值,所以又称弹性极限、屈服极限或流动极限。

同一材料可能会
存在几种不同的屈服值,比如蠕变极限、断裂极限等。

在对材料的研究中一般都是先
研究材料的各种屈服值。

在不同物理条件下(如温度、压力、湿度、辐射、电磁场等),以应力、应变和时间的物理变量来定量描述材料的状态的方程,叫作流变状态方程或
本构方程。

材料的流变特性一般可用两种方法来模拟,即力学模型和物理模型:在简单情况(单轴压缩或拉伸,单剪或纯剪)下,应力应变特性可用力学流变模型描述。

在评
价蠕变或应力松弛试验结果时,利用力学流变模型有助于了解材料的流变性能。

这种
模型已用了几十年,它们比较简单,可用来预测在任意应力历史和温度变化下的材料
变形。

力学模型的流变模型没有考虑材料的内部物理特性,如分子运动、位错运动、
裂纹扩张等。

当前对材料质量的要求越来越高,如高强度超韧性的金属、高强度耐高
温的陶瓷、高强度聚合物等。

对它们的研究就必须考虑材料的内部物理特性,因此发
展了高温蠕变理论。

这个理论通过考虑了固体晶体内部和晶粒颗粒边界存在的缺陷对
材料流变性能的影响,表达出材料内部结构的物理常数,亦即材料的物理流变模型。

对弹性和粘弹性材料的实验方法分为蠕变试验、应力松弛试验和动力试验三种: 对材料进行蠕变实验一般有对材料试件施加恒定的拉力,以研究材料的拉伸蠕变性能的拉伸法;在专门的剪力仪中对材料施加恒定的剪力,研究材料的剪切蠕变性能;利用三轴仪,对材料试件施加轴向应力和静水压力,研究材料的单向或三向压缩蠕变性能;利用扭转流变仪,对材料试件施加恒定的扭力,研究材料的扭转蠕变性能;以及在粱形试件上施加恒定的弯矩,研究材料挠度蠕变性能的弯曲法等。

应力松弛实验是将材料试件置于
应力松弛试验仪上,使试件产生一恒定的变形,测定试件所受应力随时间的衰减,研
究材料的流变性能,也可以计算材料松弛时间的频谱。

这种试验也可在弯曲流变仪、
扭转流变仪、压缩流变仪上进行,此法适用于高分子材料和金属材料。

除蠕变和应力
松弛这类静力试验外,还可进动力试验行,即对材料试件施加一定频谱范围内的正弦
振动作用,研究材料的动力效应。

此法特别适用于高分子类线性粘弹性材料。

通过这
种试验可以求得两个物理量:由于材料发生形变而在材料内部积累起来的弹性能量;每一振动循环的能量耗散。

动力试验可以测量能量耗散和频率的关系,通过这个规律可以
与蠕变试验比较分析,建立模型。

在上述的各种试验工作中,还要研究并应用各种现
代测量原理和方法,大型电子计算机的出现对流变学领域的研究产生了深远的影响,
如对于非线性材料的大应变、大位移的复杂课题已用有限元法或有限差分方法进行研究。

材料的力学性能是指材料在不同环境(温度、介质、湿度)下,承受各种外加载荷(拉伸、压缩、弯曲、扭转、冲击、交变应力等)时所表现出的力学特征一般来说金属的力学性能分为十种:
1.脆性脆性是指材料在损坏之前没有发生塑性变形的一种特性。

它与韧性和塑性相反。

脆性材料没有屈服点,有断裂强度和极限强度,并且二者几乎一样。

铸铁、陶瓷、混
凝土及石头都是脆性材料。

与其他许多工程材料相比,脆性材料在拉伸方面的性能较弱,对脆性材料通常采用压缩试验进行评定。

2.强度:金属材料在静载荷作用下抵抗永久变形或断裂的能力.同时,它也可以定义为
比例极限、屈服强度、断裂强度或极限强度。

没有一个确切的单一参数能够准确定义
这个特性。

因为金属的行为随着应力种类的变化和它应用形式的变化而变化。

强度是
一个很常用的术语。

3.塑性:金属材料在载荷作用下产生永久变形而不破坏的能力.塑性变形发生在金属材
料承受的应力超过弹性极限并且载荷去除之后,此时材料保留了一部分或全部载荷时
的变形.
4.硬度:金属材料表面抵抗比他更硬的物体压入的能力
5.韧性:金属材料抵抗冲击载荷而不被破坏的能力. 韧性是指金属材料在拉应力的作用下,在发生断裂前有一定塑性变形的特性。

金、铝、铜是韧性材料,它们很容易被拉
成导线。

6.疲劳强度:材料零件和结构零件对疲劳破坏的抗力
7.弹性弹性是指金属材料在外力消失时,能使材料恢复原先尺寸的一种特性。

钢材在
到达弹性极限前是弹性的。

8.延展性延展性是指材料在拉应力或压应力的作用下,材料断裂前承受一定塑性变形
的特性。

塑性材料一般使用轧制和锻造工艺。

钢材既是塑性的也是具有延展性的。

9. 刚性刚性是金属材料承受较高应力而没有发生很大应变的特性。

刚性的大小通过测量材料的弹性模量E来评价。

10.屈服点或屈服应力屈服点或屈服应力是金属的应力水平,用MPa度量。

在屈服点以上,当外来载荷撤除后,金属的变形仍然存在,金属材料发生了塑性变形。

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