CN1138627C - 树脂网及其生产方法以及聚乙烯基树脂的拉伸产品 - Google Patents
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Abstract
本文描述了一种土壤强化树脂网,它含有在所述树脂网的纵向和横向方向排列的孔部分,每一个孔由一对相对的肋和一对相对的条形成,其中凸起部分被固定在条部分上,还描述了一种生产土壤强化树脂网的方法,以及适用作土壤强化树脂网的聚乙烯基树脂的拉伸产品,它通过拉伸由在一个分子中含有0.3或更多饱和烃基支链的线性乙烯主链构成的聚乙烯基树脂得到。
Description
本发明涉及土壤强化树脂网及其生产方法,也涉及聚乙烯基树脂的拉伸产品,它们可优选用作土壤强化网,特别适用于防止填埋土壤的滑移和强化松软土壤。
最近几年中,填埋沼泽地和低洼地以作为开发工业区、居住区或道路用地已渐成趋势。在这些用地的开发中,由于大楼被建筑在填埋而成的土壤上,因而必须防止填埋土壤的塌陷。为了满足这一要求,在开发居住区或类似区域的用地时,在填埋土壤时要以一定的间隔在铺层土壤上铺设合成树脂制成的强化网,其后在其上堆积达几十厘米厚的土,并反复多次。特别地,在最近几年中,为了满足增加居民住房的强烈要求,已有趋势准备将居住区建造在填埋的土地和松软土质的土地上。在这种情况下,必须完全预防这种居住区的滑移。通常,为了防止建筑地的滑移,并稳定住填埋好的土壤,采用了在土壤中排布多层强化网的方法。这些网通常由聚乙烯制成,它们受到单轴或双轴拉伸,以实现分子取向,因而增加聚乙烯的强度。
上述土壤强化网具有大量的孔洞。当这种网铺设在土壤上时,中间设有网的上下层填埋的土壤通过网孔互相连接在一起,从而防止填埋土壤的塌陷。为了有效地防止填埋土壤的塌陷,该网由具有高度可拉伸性的树脂板如高密度聚乙烯板制成,树脂板被单轴或双轴拉伸,以使分子取向线性化。更具体而言,树脂板以一定方式被拉伸,以使它的分子取向与预期发生填埋土壤塌陷的方向相一致,以防止由填埋土壤向该网施以滑移力时使网拉长,因而保持该网的强度。
图13是这种强化树脂网30的示意图。树脂网30通过在图14所示的聚乙烯板20上打出圆孔或长方形孔21并单轴拉伸板20而生产。通过拉伸树脂板20,每个孔21成为拉长的孔31,它们都有一对相对的肋(rib)31a和一对相对的条(bar)31b。在图13中,参考号40指未打孔部分,40a是拉伸的肋部分,40b是未拉伸的条部分。
这种类型的网对于防止填埋土壤塌陷的抵抗力的检验方法通常是,先在网30上和下铺设土壤到一定厚度,并从这些土壤中拉出网30,以拉出阻力作为该网的抵抗力。这种拉出阻力明显地由在横对拉出方向的方向上延伸的条31b的厚度,即对着拉出方向的面积,所确定。相应地,为了增加网30的抵抗力,人们已采取了一些对策,增加作为网30的基础的树脂板20的厚度,或缩短垂直间隔,即两个相邻铺设的网30之间的土量。然而,增大板20的厚度会提高建造费用。此外,由于未拉伸部分和拉伸部分之间的边界形成一个平滑的斜坡,即便是未拉伸部分的厚度被增加,也很难确保所需的拉出阻力。
本发明的一个目的是提供能够改善土壤拉出阻力的土壤强化树脂网及其生产方法。
本发明的另一个目的是提供具有改善的蠕变特性和增加强度的聚乙烯基树脂的拉伸产品,以用于土壤强化。
依照本发的第一方面,可提供土壤强化树脂网,它包含在该树脂网的纵向和横向方向排列的孔部分,每个孔由一对相对肋和一对相对条形成,其中被典型地作成嵌条状的凸起部分被固定在条部分,优选在横对孔部分的拉伸平面的方向。凸起部分可由振动熔结、超声熔结或热板熔结固定在条部分上。
依照本发明的第二方面,可提供一种生产土壤强化树脂网的方法,包括如下步骤:对树脂板打孔,形成纵向和横向排列的孔部分;单轴拉伸具有孔部分的树脂板,形成延长的孔部分,每个孔具有一对相对肋和一对相对条;和通过振动熔结、超声熔结或热板熔结固定凸起部分于条部分。以这种方式,在横对孔部分拉伸方向的方向上,将凸起部分固定在条部分上。
依照本发明的土壤强化树脂网,由于凸起部分,例如嵌条部分被固定在横对树脂网拉伸方向延伸的条部分上,可以明显地增加树脂网在土壤内的拉出阻力。
土壤强化树脂网通常由高度耐腐蚀的聚丙烯或聚乙烯板制成,它们与粘合剂的相容性差,因而很难通过粘结的方式将单个的凸起部分固定在树脂板的条部分上。
然而,根据本发明,条部分由振动、超声波或热板来熔化,凸起部分固定在如此熔化的条部分上。更具体地,让凸起部分与条部分进行压接,通过上述的熔结方式,例如振动等,使其固定于其上。换句话说,依照本发明,凸起部分并非通过使用化学粘合剂粘结机制而是使用机械固定机制而固定在条部分上。例如,由振动熔结将凸起部分固定在树脂网的条部分包括让凸起部分和树脂网的条部分进行压接,施以微小的振动于压接部分,以便给与凸起部分压接的树脂网的条部分提供能量,因而软化它们,且在软化了的树脂网的条部分包围住凸起部分的状态下,使这些软化了的条部分重新硬化。此外,在拉伸之前,可在该状态下将凸起部分固定在网的条部分。
凸起部分主要由与树脂网相同的材料制成。例如聚丙烯或聚乙烯。凸起部分的形状并无特殊限制,例如它可以是柱形的、三维的或槽形的。凸起部分的长度也可以任意选择。
依照本发明的第三方面,可提供生产土壤强化树脂网的方法,包括的步骤如下:对树脂板打孔,形成在树脂板纵向与横向方向排列的孔部分,同时,通过挤压,在孔部分之间的条部分上横向按一定间隔形成许多凸起部分;在纵向方向上拉伸具有孔部分的树脂板以形成延长的孔部分,每个孔具有一对相对的肋和一对相对的条,因而在拉伸板的条部分上形成凸起部分。
依造本发明的第三方面,由于在拉伸前,通过挤压,在树脂板的条部分上形成许多凸起部分(此条部分成为在横对树脂网拉伸方向上延伸的条部分),因而能够显著地增加树脂网在土壤中的拉出阻力。
土壤强化树脂网通常由高度耐腐蚀的聚丙烯或聚乙烯板制成,它们与粘合剂的相容性差,因而很难由粘结方法将单个的凸起部分固定在树脂板的条部分。
然而,依照本发明,在拉伸前,通过挤压在树脂板的条部分上形成了凸起部分(此条部分成为在横对网的拉伸方向上延伸的条部分)。凸起部分可以在非孔部分上由四个孔部分包围的交叉部分形成;然而,它可以在树脂板的按纵向排列的孔部分之间的条部分(非孔部分)形成。对于这种构型,当网形成时,凸起在延长的孔部分之间形成,其形状恰似具有轮箍钉(tire spike)功能那样。因此,树脂网对于填埋土壤展示出箍钉效果,从生产步骤和生产成本的观点看,最好是与孔部分穿孔同时通过挤压来形成凸起部分。
此外,就通过挤压非孔部分内四个孔部分包围的交叉部分来形成各凸起部分而言,当拉伸树脂板时,在凸起部分发生应力集中,因此在树脂板被拉伸后,难于保持凸起部分最初的形状。
依据本发明的第四方面,可提供生产土壤强化树脂网的方法,包括以下步骤:对通常由聚丙烯或聚乙烯制成的耐腐蚀树脂板打孔,形成纵向和横向规则排列的孔部分,单轴拉伸具有孔部分的树脂板,以形成延长的孔部分,每个孔含有一对相对的肋和一对相对的条;通过挤压,在拉伸板的条部分形成凸起部分。凸起部分优先在延伸后的孔部分之间的条部分上形成。
以这种方式,对树脂板开孔,形成纵向和横向规则排列的孔部分,并单轴拉伸以形成延长的孔部分。然后,通过使用压机挤压而使条部分的位置(相对于凸起部分)弹性形变,从而在维持在横对拉伸方向的方向上的条部分上形成凸起部分,该压机安装分别具有凹和凸的上下部模片。按照这种方法,凸起可以形成为预先确定的形状,而且凸起的形状不会变化,因为凸起是在拉伸步骤以后生成。因此,本发明的树脂网当然可以确保在土壤中具有改进的拉出阻力。
凸起部分的形状并无特殊限制,但通常做成圆柱状。更具体地,圆柱形凸起部分在网的正面形成,而对应于这些凸起部分,根据挤压时使用的模腔形状,在网的背面形成凹口。
根据本发明,可提供聚乙烯基树脂的拉伸产品,通过拉伸由一个分子上具有0.3或更多(平均讲)个饱和烃基支链的线性乙烯主链构成的聚乙烯基树脂来得到。
人们已知,当高密度聚乙烯被拉伸时,乙烯分子在拉伸方向取向,因而得到具有高度分子取向的拉伸产品。高密度聚乙烯的拉伸产品通过分区拉伸、滚轧拉伸,高压挤压,高频热拉、凝胶拉伸或熔融结晶等得到,预期它可作为一种具有高强度和高弹性模量的材料。然而,具有高强度和高弹性模量的高密度聚乙烯的拉伸产品具有以蠕变特性作为评价长期使用中形状稳定性的参数的缺点。如果蠕变特性差的高密度聚乙烯的拉伸产品用于土壤强化网,可能会发生问题。按照本发明的拉伸产品,可以解决这一问题。
通常,密度为0.94g/cm3或更高的线性高密度聚乙烯不同于密度为0.94g/cm3以下的具有很多支链并且柔软的低密度聚乙烯。就拉伸高密度聚乙烯而言,因为它的线性主链,很易结晶,从而拉伸产品的结构由大的结晶部分和少量的非结晶部分构成,结晶部分各自具有其中分子链以平行于拉伸轴的方向排列的层状结构,而非结晶部分各自被置于结晶部分之间。由于结晶部分是刚性的,蠕变特性取块于非结晶部分中分子的拉伸状态和缠结程度,而且也由于在非结晶部分中,支链稍许被引入到线性主链中,非结晶部分中分子的缠结和拉伸状态由于支链的存在而增加。因此,本发明人已发现,当将支链引入线性主链的高密度聚乙烯基树脂的拉伸产品进行将载荷长期施加于拉伸产品的蠕变检验时,拉伸产品的拉伸被抑制到最小;也发现,当蠕变特性很好的聚乙烯基树脂的拉伸产品用于强化填埋土壤或松软土壤时,可能会得到长期稳定的理想土壤强化效果。
图1是按照本发明的第一实施方案用作土壤强化树脂网基材的板的平面图;
图2是按照图1所示第一实施方案的土壤强化树脂网沿A-A线作的剖面图;
图3是按照本发明的第一实施方案的土壤强化树脂网的平面图;
图4是按照本发明的第一实施方案的土壤强化树脂网沿B-B线作的剖面图;
图5是按照本发明的第三实施方案用作土壤强化树脂网基材的板的平面图;
图6是按照本发明第三实施方案的土壤强化树脂网沿A-A线作的剖面图;
图7为说明压机基本部分的视图;
图8是按照本发明第三实施方案所述的土壤强化树脂网的平面图;
图9是按照本发明第三实施方案的土壤强化树脂网沿B-B线作的剖面图;
图10A-10D是说明生产按照本发明第四实施方案土壤强化树脂网的步骤的示意图;
图11所示为图10D按照本发明第四实施方案的土壤强化树脂网沿A-A线的剖面图;
图12所示为图10D按照本发明第四实施方案的土壤强化树脂网沿B-B线的剖面图;
图13为一个相关技术强化树脂网的平面图;
图14是作为相关技术强化树脂网的基材的板的平面图;和
图15所示为各种聚乙烯基树脂拉伸产品的蠕变实验结果曲线图。
此后,本发明各实施方案将参考附图来描述。
首先,对根据本发明第一实施方案所述的强化树脂网和第二实施方案生产土壤强化树脂网的方法进行描述。
图1是用作本发明的土壤强化树脂网基材的板的平面图,图2是沿A-A线对图1作的剖面图。对2mm厚的聚乙烯板1打孔,制成10mm×20mm的长方形孔2,这些长方形孔2在横向间隔为10mm,纵向间隔为15mm。然后在沿着孔2长边的方向上拉伸聚乙烯板1(沿图1的方向A)。在各图中,参考数3代表接合区部分。
图3是因此而得到的土壤强化树脂网4的平面图,图4是沿B-B线对图3的剖面图。土壤强化树脂网4中的孔5由相对的肋5a和相对的条5b形成。肋5a的长度为150mm。每个条状体(凸起部分)6由尼龙制成,尺寸为5mm×3mm,按照以横贯许多孔5(图中横贯3个)的方式被放置在条5b之间的条部分3b(非拉伸接合部分)上,并在其上由振动熔结来固定。在图3,参考数3a指肋部分。
条状体6在土壤强化树脂网4的条部分3b上固定得非常好,因而在拉出阻力实验中,条状体6未能从条部分3b脱离。
这样,本发明的特征在于凸起部分被固定在土壤强化树脂网的条部分,因而树脂网的拉出阻力非常大。
图5是按本发明第三实施方案用作树脂网基材的板的平面图,图6是图5沿A-A线的剖面图。对厚度为2mm的聚乙烯板11打孔,形成尺寸各为10mm×20mm的长方形孔12。长方形孔12以横向10mm、水平方向15mm的间隔排布。在打孔的同时,通过挤压在孔12之间的非孔部分(接合区部分)13上形成凸起部分14,即在与拉伸方向相垂直的方向上在长方形孔12的短边之间的条部分上形成。
上面描述的挤压工作由图7所示的压机进行。该压机有上压模110和下压模111,上压模具有用于对树脂板11打孔以形成长方形孔12而按一定间隔排列的刀具112,在刀具112之间还具有凹槽114;下压模具有相应于凹槽114的凸起113。通过使用这种压机,可由打孔形成长方形孔12,同时,通过弹性变形板11的位于凸起部分113和凹口部分114之间的部分,同时形成凸起部分14。凸起部分14的高度为4mm。
沿着长方形孔12长边的方向拉伸板11,以得到土壤强化树脂网15。
图8是因此得到的树脂网的平面图。图9是图8沿B-B线所作的剖面图。树脂网15内的孔12具有相对的肋12a和相对的条12b。肋12a的长度是150mm。凸起部分14是在条部分13b上。
根据本发明的第三实施方案,树脂网具有如下结构:凸起部分按垂直于拉出方向的方向排列在条部分上,因而,树脂网的拉出阻力很大。此外,按照本实施方案,能够在粘结单个的凸起物有困难的树脂网表面有效而整体地形成凸起部分。
图10A-10D是说明按照本发明的第四实施方案而生产树脂网20的步骤示意图。在图10A所示的第一步中,厚度为2mm的聚乙烯板21被打孔,形成尺寸各为10mm×20mm的长方形孔12,它们的间隔横向为10mm、纵向为15mm。在图10B所示的第二步中,板21沿着长方形孔22的长边方向被拉伸。因此而拉伸的板21的孔23每个具有相对的肋23a和垂直于肋23a的相对条23b。肋23a的长度为150mm。在图10C所示的第三步中,板21的条23b之间的条部分或接合区由一对压力元件24A和24B挤压,压力元件24A包括各自具有特定形状的凹腔24a,压力元件24b包含面向凹腔24a的凸起24b。正如在图10D中所示,由凹腔24a和凸起24b所决定的凸起部分25在条23b之间的条部分上形成。
图11是图10D沿A-A线的剖面图,显示因此得到的树脂网20。图12是图10D沿B-B线的剖面图。凸起部分25由以上所述的凹腔24a和凸起24b生成,相对于凸起24b的凹口25a在树脂网20的背面形成。由于凸起部分25在拉伸步骤以后形成,它们保持最初的形状。因此,凸起部分25肯定显示预先确定的在土壤中的拉出阻力。
按照本发明的第四实施方案,由于各自都有一个特定形状的凸起部分都是在土壤强化树脂网的条部分上形成,故树脂网的拉出阻力非常大。
下面,将描述本发明的聚乙烯基树脂的拉伸产品。
本发明的聚乙烯基树脂的拉伸产品通过拉伸由线性乙烯主链构成的聚乙烯基树脂得到,主链上连接有饱和烃基支链。在一个分子中,连接的饱和烃基支链数目平均为0.3或更多。在这种情况下,支链可以位于主链的任何位置。〔在此化学式中,R为饱和单价烃基〕
就构成支链的饱和烃基而言,可以使用含有1个或更多碳原子数的饱和烃基,优选乙基或碳原子数为3到10的烷基,此外,支链的碳原子数被指定为10或更少的聚乙烯基树脂的优点在于树脂结晶容易,因而提高了断裂强度。
当支链的饱和烃基R为乙基时,一个分子中R的平均数优选为0.7或更多,就蠕变特性和强度而言,更优选为1.5或更多。
另一方面,当支链的饱和烃基R为碳原子数为3到10的烷基时,烷基可为直链型或可具有支链,但优选为直链型烷基。在这种情况下,一个分子中的R数优选为0.3或更多,而且就蠕变特性和强度而言,更优选为0.5或更多。
即使在支链的饱和烃基为乙基和碳数为3到10的烷基的混合物而言,一个分子中烷基的个数为0.3或更多就足够了。
此外,如果支链数变大,聚乙烯基树脂的密度变低,因此,支链数的上限可以这样设定,以使聚乙烯基树脂的密度处在0.94g/cm3或更多的范围内,尤其是0.95g/cm3或更多。
由碳原子数为1或更多的饱和烃基构成的支链通过乙烯和微量的α-烯烃的共聚合得到,尤其是碳原子数为3到12的α-烯烃。就上述支链而言,可以使用像1-丁烯、1-戊烯,1-己烯、1-庚烯、1-壬烯、1-癸烯、1-十一碳烯或1-十二碳烯的直链型;或像3-甲基-1-丁烯、3-甲基-1-戊烯、4-甲基-1-戊烯、4-甲基-1-己烯或5-甲基-1-己烯这样的具有支链的类型。然而,如上所述,在聚乙烯分子中生成的支链优选由碳原子数为3到10的直链型饱和烃基构成。
此外,按照本发明,聚乙烯基树脂优选含有炭黑,炭黑与聚乙烯基树脂的重量比为0.1~10比100。
就本发明使用的聚乙烯基树脂而言,可以使用密度范围为0.94g/cm3或更高的高密度聚乙烯基树脂,优选为0.95g/cm3或更高。高密度聚乙烯基树脂容易结晶,强度和弹性增加。对高密度聚乙烯基树脂的重均分子量并无特殊限制,但通常范围为100,000到400,000。
本发明的拉伸产品由拉伸上述聚乙烯基树脂得到。在这种情形下,拉伸比并无特殊限制,但可在3到20倍的范围内,尤其是5-15倍。此外,拉伸可以按照一种熟知的拉伸方法进行。
本发明的拉伸产品适用于制成以防止填埋土壤滑移或强化松软土壤的土壤强化网。特别地,本拉伸产品可优选用作上述实施方案一到四中所描述的最后被拉伸的网的材料。
借助于如下实施例可以更清楚地了解本发明。
本发明实施例1
使用一种由具有正丁基支链的线性乙烯主链构成的聚乙烯基树脂(密度0.951g/cm3)。在一个分子中,正丁基支链(侧链)个数平均为1.2,支链存在于线性乙烯主链中。
聚乙烯基树脂由挤出机挤压成板状,所得到的板在100℃的温度以下100mm/min的速度下拉伸,拉伸比为7.5倍。因此得到的拉伸产品接受蠕变实验,温度为23±2℃,湿度50±20%,载荷67.2kg。结果示于图15中。
支链由JEOL有限公司销售的13C-NMR仪侧量。测量温度130℃、溶制0DCB(邻二氯苯)。
本发明实施例2
重复本发明实施例1的步骤,所不同的是使用的聚乙烯基树脂(密度0.950g/cm3)在其线性乙烯主链上,每分子平均含有2.0个乙基支链。得到的拉伸产品按本发明实施例1相同的方式进行蠕变实验。结果示于图15中。
本发明实施例3
重复本发明实施例1的步骤,所不同的是使用的聚乙烯基树脂(密度0.957g/cm3)在其线性乙烯主链上,每分子平均含有1.0个乙基支链。得到的拉伸产品按本发明实施例1相同的方式进行蠕变实验。结果示于图15中。
本发明比较例
重复本发明实施例1的步骤,所不同的是使用的聚乙烯基树脂(密度0.958g/cm3)每分子平均含有0.2个乙基支链,得到的拉伸产品按本发明实施1相同的方式进行蠕变实验。结果示于图15中。
正如图15所示,本发明实施例1到3中的每个拉伸产品的蠕变应变为10%或更少,即使在经过100小时之后;而比较例中的拉伸产品的蠕变应变只在10小时之后就大于15%。
如上所述,本发明的聚乙烯基树脂的拉伸产品的蠕变特性好、强度高,因而适用于土壤强化网。
尽管本发明的实施方案已使用专门术语进行了描述,但这种描述只是为了说明目的,在不偏离下述权利要求的实质或范围下进行某些变化是可以理解的。
Claims (17)
1.一种土壤强化树脂网,包括:
在所述树脂网上纵向和横向排列的孔部分,每一个孔由一对相对肋和一对相对条形成;
条部分位于纵向方向上的孔部分之间以及
凸起部分位于所述条部分上,其中凸起部分主要由与所述树脂网相同的材料制成且包括在条部分上于横向方向上以一定间隔设置的数个凸起。
2、根据权利要求1的树脂网,其中所述凸起部分按与所述孔部分拉伸平面垂直的方向排列。
3、按照权利要求1的树脂网,其中所述凸起部分由振动熔结、超声熔结或热板熔结固定在所述条部分。
4、一种生产权利要求1的土壤强化树脂网的方法,包括以下步骤:
对树脂板打孔,以形成在树脂板的纵向和横向上排列的孔部分;
单轴拉伸具有孔部分的树脂板,形成延长的孔部分,每个孔具有一对相对的肋和一对相对的条,以及通过振动熔化、超声熔化或热板熔化将凸起部分固定在条部分上。
5、按照权利要求4的生产土壤强化树脂网的方法,其中凸起部分按垂直于孔部分的拉伸平面的方向固定在条部分上。
6、一种生产权利要求1的土壤强化树脂网的方法,包括如下步骤:
对树脂板打孔,以形成在树脂板的纵向和横向上排列的孔部分,同时通过挤压,在横向方向上以一定的间隔在孔部分之间的条部分上形成许多凸起;以及
在纵向上拉伸具有孔部分的树脂板,形成延长的孔部分,每个孔有一对相对的肋和一对相对的条,因而在拉伸板的条部分上形成凸起部分。
7、按照权利要求6的生产土壤强化树脂网的方法,其中凸起部分沿纵向在延长的孔部分之间形成。
8、一种生产权利要求1的土壤强化树脂网的方法,包括如下步骤:
对耐腐蚀树脂板打孔,形成纵向和横向方向规则排列的孔部分;
单轴拉伸具有孔部分的树脂板,以形成延长的孔部分,每个孔具有一对相对的肋和一时相对的条;以及
通过挤压在拉伸板的条部分上形成凸起部分。
9、按照权利要求8的生产土壤强化树脂网的方法,其中凸起形成在延长的孔部分之间的条部分上。
10、按照权利要求8的生产土壤强化树脂网的方法,其中树脂板为聚乙烯板或聚丙烯板。
11、按照权利要求1的树脂网,其中该树脂网通过拉伸由在一个分子中具有0.3或更多饱和烃基支链的线性乙烯主链构成的聚乙烯基树脂得到。
12、按照权利要求11的树脂网,其中连接到线性乙烯主链的饱和烃基支链的碳原子数为1或更多。
13、按照权利要求11的树脂网,其中所述支链的所述饱和烃基的碳原子数在3到10的范围内。
14、按照权利要求11的树脂网,其中所述支链的所述饱和烃基为乙基,一个分子中所述乙基的平均个数为0.7或更多。
15、按照权利要求11的树脂网,其中所述聚乙烯基树脂的密度为0.94g/cm3或更多。
16、按照权利要求11的树脂网,其中所述聚乙烯基树脂由乙烯和碳原子数为3到12的α-烯烃共聚得到。
17、按照权利要求11的树脂网,在100重量份的所述聚乙烯基树脂中,含有0.1到10重量份的炭黑。
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