KR101371252B1 - 폴리우레탄 폼을 갖는 자동차 내장재용 적층체 및 제조방법 - Google Patents
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Abstract
폴리우레탄 폼을 갖는 자동차 내장재용 적층체 및 제조방법이 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차 내장재용 적층체는 기재층 및 상기 기재층 상부에 형성되는 표피층을 포함하고, 상기 표피층은 닫힌 셀 구조를 갖는 연질 폴리우레탄 폼층; 및 상기 연질 폴리우레탄 폼층 상부에 부착되는 외피층을 포함한다.
Description
본 발명은 자동차 내장재용 적층체 및 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 폴리우레탄 폼을 갖는 자동차 내장재용 적층체 및 제조방법에 관한 것이다.
자동차 내장재용 적층체는 자동차 승차시에 쾌적성을 좌우하는 중요 부품들로, 자동차의 도어트림, 필러, 트렁크매트, 패키지트림, 헤드라이너 등에 적용되고 있다. 이러한 자동차 내장재용 적층체는 기재층과, 상기 기재층의 상부에 형성되는 표피층을 포함하는 것이 일반적이며, 상기 표피층은 직물 등의 외피층 및 외피층을 지지하는 연질의 폼층으로 이루어지고 있다. 상기 기재층 및 표피층에 적용되는 재료들은 다양할 수 있으며, 적용되는 재료들의 물성에 따라 자동차 내장재용 적층체에 다양한 효과가 구현될 수 있다.
한편, 자동차 내장재용 적층체를 제조하기 위한 방법은 다양할 수 있으나, 일반적으로 많이 사용되는 방법으로는 사출 성형 공법이 있다.
보다 구체적으로, 종래 자동차 내장재용 적층체를 제조하기 위한 공정을 개략적으로 설명하면, 우선 표피층을 예열한 뒤에 진공 성형을 통하여 엠보 무늬가 전사된 표피층을 형성하고, 상기 표피층과는 별도로 기재층을 사출 성형하여 형성한다. 이와 같이 표피층 및 기재층을 별도로 성형하는 이유는 표피층 저면 폼층의 내열성이 낮아 표피층 및 기재층을 열접착하기 어렵기 때문이다. 다음으로, 상기 표피층과 기재층을 접착제를 사용하여 부착한 후에 피어싱 공정을 거쳐 제품을 취출한다. 그러나, 이와 같은 공법에서는 표피층 및 기재층을 접착시키는 공정이 별도로 추가되므로 공정시간이 증가되는 문제가 있었으며, 표피층 및 기재층을 접착시키는 데에 사용되는 접착제의 경우 친환경적이지 않다는 문제가 있었다.
따라서, 상술한 문제점을 해결하기 위하여 동시 사출 성형 공법이 제시되었다. 상기 동시 사출 성형 공법은 상금형과 하금형을 이용하여 기재층을 성형함과 동시에 표피층과 접착시키는 것으로, 이에 대하여 개략적으로 설명하면, 우선 금형 사이에 표피층을 배치하고, 하금형에는 기재층을 형성하기 위한 기재 액상수지를 저압 및 고압으로 주입한다. 다음으로 상금형 및 하금형을 형합시켜 가압함으로써, 자동차 내장재용 적층체를 제조한다. 이와 같은 동시 사출 성형 공법은 별도의 접착 공정 및 접착제가 요구되지 않으므로, 공정시간을 단축할 뿐만 아니라 친환경적이라는 장점이 있다.
그러나, 상기 동시 사출 성형 공법에서도 마찬가지로 표피층 저면 폼층의 낮은 내열성으로 인해 제품의 품질이 저하되는 문제점이 발생하였다. 구체적으로, 상금형에 의해 눌린 표피층의 저면 폼층이 고온의 기재 액상수지와 접촉되면서, 상기 폼층이 열에 의해 손상되는 문제점이 발생하였다. 따라서, 취출된 제품에 있어 표피층 저면 폼층의 두께가 균일하지 않을 뿐만 아니라, 코너 부위 표피층의 외피층이 늘어나게 되어 모서리 부위에 주름이 많이 생기고 엠보 무늬가 소멸되면서도 폼층의 두께 감소 및 쿠션감 감소 등의 문제가 있었다. 이와 같은 문제를 해결하기 위해서는 표피층 및 기재층 사이에 별도의 기재보호층을 배치하는 방법이 있으나, 이는 별도의 공정이 추가되고 공정 비용 상승 등의 문제가 있었다.
본 발명의 실시예들에서는 고온의 용융 수지와 접촉시에 표피층 저면 폼층의 두께 감소 및 쿠션감 감소 현상을 방지할 수 있는 자동차 내장재용 적층체 및 그 제조방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 기재층 및 상기 기재층 상부에 형성되는 표피층을 포함하고, 상기 표피층은 닫힌 셀 구조를 갖는 연질 폴리우레탄 폼층; 및 상기 연질 폴리우레탄 폼층 상부에 부착되는 외피층을 포함하는 자동차 내장재용 적층체가 제공될 수 있다.
상기 연질 폴리우레탄 폼층은, 종래 슬랩(slab) 발포 방식 또는 몰드(mold) 발포 방식이 아닌, 압출 방식 또는 캐스팅(casting)방식으로 생산되는 폴리우레탄 폼을 사용할 수 있다. 상기 압출 방식 또는 캐스팅 방식으로 생산되어야만 닫힌 셀 구조를 갖는 연질 폴리우레탄 폼층 제조가 가능하다.
이 때, 상기 기재층은 열가소성 수지 또는 이의 복합소재로 제조되고, 상기 기재층은 폴리프로필렌, 고밀도 폴리에틸렌, 저밀도 폴리에틸렌, 폴리염화비닐, 아크릴로나이트릴-부타디엔-스티렌 공중합체, 폴리스티렌, 폴리카보네이트, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 우드스탁, 레진펠트, 에이치에스펠트, 유리섬유 강화보드, 천연섬유 강화보드 또는 PET 강화보드를 포함하여 제조될 수 있다.
한편, 상기 연질 폴리우레탄 폼층은 표면에 매끄러운 재질의 스킨면을 가지는 연질 폴리우레탄 발포체를 구비하며, 두께가 1.5 내지 3.5mm이고, 발포 배율은 10 내지 40배일 수 있다.
한편, 상기 외피층은 부직포, 직물, 또는 열가소성 수지로 제조되고, 상기 열가소성 수지는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리염화비닐, 열가소성 폴리우레탄 또는 에틸렌비닐아세테이트일 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 상금형 및 하금형을 이용하여 표피층 및 기재층을 동시 성형하는 자동차 내장재용 적층체 제조방법에 있어서, 상기 상금형에 연질 폴리우레탄 폼층 및 외피층을 포함하는 표피층을 장입하고 예열하는 제1 단계; 상기 표피층을 진공성형하고, 동시에 상기 하금형 내부로 기재 액상 수지를 사출시켜 기재층을 형성하는 제2 단계; 및 상기 상금형 및 하금형을 형합시킨 후 가압 및 냉각하여, 상기 표피층 및 기재층이 이루는 적층체를 고정유지하는 제3 단계를 포함하는 자동차 내장재용 적층체 제조방법이 제공될 수 있다.
또한, 상기 적층체를 이형시킨 후, 피어싱하는 제4 단계를 더 포함할 수 있다.
이 때, 상기 기재층은 열가소성 사출수지로 제조되고, 상기 열가소성 사출수지는 폴리프로필렌, 고밀도 폴리에틸렌, 저밀도 폴리에틸렌, 폴리염화비닐, 아크릴로나이트릴-부타디엔-스티렌 공중합체, 폴리스티렌, 폴리카보네이트 또는 폴리에틸렌테레프탈레이트일 수 있다.
또한, 상기 외피층은 부직포, 직물 또는 열가소성 수지로 제조되고, 상기 열가소성 수지는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리염화비닐, 열가소성 폴리우레탄 또는 에틸렌비닐아세테이트일 수 있다.
본 발명의 실시예들에서는 표피층 저면의 폼층의 재료로 닫힌 셀 구조를 갖는 연질 폴리우레탄을 사용하여 상기 폼층의 내열성을 향상시킴으로써, 고온의 용융 수지와 접촉시에도 상기 폼층의 두께 감소 및 쿠션감 감소 현상을 방지할 수 있다.
폴리프로필렌 폼의 경우 성형성은 우수하지만 성형시 열을 가하면 복원력, 쿠션감 및 강성이 저하되므로 열에 의한 라미네이션이 어렵고 접착제를 사용하여야 하나, 본 발명의 실시예들에서 사용되는 닫힌 셀 구조를 갖는 연질 폴리우레탄은 내열성이 우수하여 성형 후에도 복원력, 쿠션감 및 강성이 향상될 수 있다.
또한, 닫힌 셀 구조를 갖는 연질 폴리우레탄 폼층은 표면에 매끄러운 재질의 스킨면을 가지므로 액상 수지의 침투가 어렵고 연속상 형태의 시트 생산이 가능하다.
또한, 표피층 저면의 폼층이 고온의 용융 수지와 접촉되어도 품질 저하가 발생하지 않으므로, 기재보호층 배치 등과 같은 별도의 공정이 요구되지 않으므로 공정을 단순화하고 생산 비용을 절감 가능하다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차 내장재용 적층체를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차 내장재용 적층체 제조방법의 순서도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차 내장재용 적층체 제조방법의 순서도이다.
이하, 본 발명의 실시예들에 대하여 구체적으로 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차 내장재용 적층체(100, 이하 자동차 내장재용 적층체)를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 자동차 내장재용 적층체(100)는 기재층(110) 및 표피층(120)을 포함한다. 표피층(120)은 기재층(110) 상부에 형성된다.
기재층(110)은 열가소성 수지 또는 이의 복합소재로 제조되는 것으로, 구체적으로는 폴리프로필렌(polypropylene), 고밀도 폴리에틸렌(high density polyethylene, HDPE), 저밀도 폴리에틸렌(low density polyethylene, LDPE), 폴리염화비닐(poly vinyl chloride, PVC), 아크릴로나이트릴-부타디엔-스티렌 공중합체(acrylonitrile butadiene styrene copolymer, ABS), 폴리스티렌(polystyrene, PS), 폴리카보네이트(polycarbonate, PC), 폴리에틸렌테레프탈레이트(polyethylene terephthalate, PET), 우드스탁(wood stock), 레진펠트(resin felt), 에이치에스펠트, 유리섬유 강화보드, 천연섬유 강화보드 또는 PET 강화보드 일 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
기재층(110)의 두께 및 형상은 한정되지 않는다. 성형하고자 하는 제품에 대응하여 다양한 크기, 두께 또는 형상을 가지도록 형성되는 것이 가능하다.
표피층(120)은 연질 폴리우레탄 폼층(121) 및 외피층(122)을 포함한다. 외피층(122)은 연질 폴리우레탄 폼층(121) 상부에 부착된다. 표피층(120)의 두께 및 형상은 한정되지 않는다. 성형하고자 하는 제품에 대응하여 다양한 크기, 두께 또는 형상을 가지도록 형성되는 것이 가능하다. 한편, 표피층(120)은 기재층(110) 상부에 형성되어 적층체를 형성하는 것으로, 본 명세서에서는 '적층체'를 기재층(110) 및 기재층(110) 상부에 형성된 표피층(120)을 통칭하는 용어로 사용하기로 한다.
연질 폴리우레탄 폼층(121)은 닫힌 셀(closed cell) 구조를 가진 것으로 내열성 및 완충성이 우수하고 가볍다는 장점이 있다. 보다 구체적으로, 연질 폴리우레탄 폼층(121)은 폴리올과 이소시아네이트가 우레탄반응을 통해 일정배율로 부피가 증가하는 닫힌 셀(closed cell, 독립 셀 또는 클로즈드 셀이라고도 함)로 이루어진 고분자 물질이다. 한편, 연질 폴리우레탄 발포체는 오픈 셀 구조를 갖는 것이 일반적이나, 닫힌 셀 구조를 가지도록 형성하는 경우에는 연질 특성을 가지면서도 내열성이 향상되는 장점이 있다. 이와 같은 닫힌 셀 구조를 갖는 연질 폴리우레탄 폼층(121)은 낮은 열전달율을 가지고 있어 단열재로 사용되고 있으나, 본 발명의 일 실시예에서는 닫힌 셀 구조를 갖는 연질 폴리우레탄 폼층(121)을 표피층(120) 저면의 폼층으로 사용하는 것에 일 특징이 있다. 즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차 내장재용 적층체(100)는 닫힌 셀 구조를 갖는 연질 폴리우레탄 폼층(121)을 표피층(120) 저면에 사용함으로써 적층체 제조시의 표피층(120) 저면 폼층의 두께 감소 및 쿠션감 감소 현상을 방지할 수 있는 효과가 있다.
또한, 기존에 폼층으로 사용되던 폴리우레탄 폼은 일정 형태의 틀안에서 발포되어 블록(block)의 형태로 생산되어진 후 슬라이스(slice) 작업에 의해 제조되며, 표면이 거칠고 열린 셀(open cell, 오픈 셀) 구조로 스킨면이 존재하지 않지만, 본 발명에 사용되어진 연질 폴리우레탄 폼층(121)은 표면이 매끄러운 닫힌 셀(closed cell, 독립 셀 또는 클로즈드 셀이라고도 함) 구조로 표면에 매끄러운 재질의 스킨면을 가지는 연질 폴리우레탄 발포체를 구비하며, 연속상의 시트(sheet) 생산이 가능하다는 특징을 가진다. 이와 같은 연속 생산을 위하여, 본 발명에 사용되어진 연질 폴리우레탄 폼층(121)은 슬랩(slab) 발포 방식 또는 몰드(mold) 발포 방식이 아니라, 압출 방식 또는 캐스팅(casting) 방식에 의해 제조될 수 있다.
한편, 연질 폴리우레탄 폼층(121)은 두께가 1.5 ~ 3.5 mm이고, 발포 배율은 10 ~ 40 배 일 수 있다. 연질 폴리우레탄 폼층(121)의 두께가 1.5mm 미만인 경우에는 쿠션감이 저하되어 자동차 내장재로 사용되기에 적합하지 않으며, 두께가 3.5mm 초과인 경우에는 자동차 내장재를 디자인 하는데에 있어 장애가 되는 문제점이 있다. 또한, 연질 폴리우레판 폼층(121)의 발포 배율이 10배 미만인 경우에는 폼층의 흡음성 및 쿠션감이 저하될 뿐만 아니라 고중량이라는 문제가 있으며, 발포 배율이 40배 초과인 경우에는 강도, 탄성 및 형태안정성이 저하되어 자동차 내장재로 사용되기에 적합하지 않다는 문제가 있다.
외피층(122)은 연질 폴리우레탄 폼층(121) 상부면에 형성되는 것으로, 부직포, 직물 또는 열가소성 수지로 제조될 수 있다. 이 때, 상기 열가소성 수지는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리염화비닐, 열가소성 폴리우레탄 또는 에틸렌비닐아세테이트일 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다. 즉, 상기 열가소성 수지는 폴리에틸렌 또는 폴리프로필렌에 에틸렌 프로필렌 고무(EPM, EPDM) 및/또는 탈크(talc) 입자를 블렌딩한 복합 수지도 포함할 수 있다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차 내장재용 적층체의 제조방법에 대하여 설명하도록 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차 내장재용 적층체 제조방법의 순서도이다. 설명의 편의를 위해서, 이하에서는 자동차 내장재용 적층체의 각 구성에 대해서는 도 1의 도면부호를 병기하였음을 밝혀둔다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차 내장재용 적층체 제조방법은 상금형 및 하금형을 사용한 동시 사출 성형 공법을 이용할 수 있다. 여기에서 상금형 및 하금형을 사용한 동시 사출 성형 공법이란, 상금형 및 하금형 사이에 표피층을 배치하고 하금형에 형성된 주입구를 통하여 기재층을 제조하기 위한 기재 액상수지를 주입한 후에, 상금형 및 하금형을 형합하여 적층체를 형성하는 공법을 의미한다.
상술한 상금형 및 하금형을 사용한 동시 사출 성형 공법에 이용되는 금형 장치는 다양한 형태로 존재할 수 있으며, 예를 들면 한국공개특허 제10-2011-0121071호(2011.11.07 공개)에 기재된 차량용 내장재의 성형장치를 이용할 수 있다.
우선 상기 상금형에 연질 폴리우레탄 폼층(121) 및 외피층(122)을 포함하는 표피층(120)을 장입하고 예열한다. 표피층(120)은 부직포, 직물 또는 열가소성 수지로 제조되는 외피층(122)과, 외피층(122)을 지지하여 쿠션감을 발생시키는 상대적으로 두꺼운 연질 폴리우레탄 폼층(121)의 이중층 구조로 구성될 수 있다. 이 때, 상기 열가소성 수지는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리염화비닐, 열가소성 폴리우레탄 또는 에틸렌비닐아세테이트일 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다. 즉, 상기 열가소성 폴리올레핀은 폴리에틸렌 또는 폴리프로필렌에 에틸렌 프로필렌 고무(EPM, EPDM) 및/또는 탈크(talc) 입자를 블렌딩한 복합 수지도 포함할 수 있다.
한편, 연질 폴리우레탄 폼층(121) 및 외피층(122)의 접착은 열접착(heat lamination) 및 본드 접착 등의 방법을 통하여 이루어질 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다(이상 S110).
다음으로, 상기 표피층(120)을 진공성형하고, 동시에 상기 하금형 내부로 기재층을 형성하기 위한 기재 액상 수지를 사출시켜 기재층(110)을 형성한다(이상 S120).
다음으로, 상기 상금형 및 하금형을 형합시킨 후에 금형장치를 가압 및 냉각하여, 표피층(120) 및 기재층(110)이 이루는 적층체를 고정유지한다. 종래에는 표피층 저면에 존재하는 연질성 폼층의 낮은 내열성으로 인하여, 표피층 및 기재층이 이루는 적층체를 형성할 때에 상기 폼층의 두께 감소 및 쿠션감 저하 현상이 일어나는 문제점이 있었다(배경기술 참조).
그러나, 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차 내장재용 적층체 제조방법에서는 표피층(120) 저면에 연질 폴리우레탄 폼층(121)을 사용함으로써 적층체 형성시의 폼층 두께 감소 및 쿠션감 저하 현상을 방지하는 것을 일 특징으로 한다. 또한, 종래에는 표피층 저면 폼층과 용융 수지 상태의 기재층의 접촉을 막기 위하여 별도의 기재보호층을 배치하였으나, 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차 내장재용 적층체 제조방법에서는 표피층(120) 저면에 연질 폴리우레탄 폼층(121)을 사용함으로써 상술한 기재보호층과 같은 별도의 부재를 필요로 하지 않는 장점을 갖는다. 따라서, 전체 자동차 내장재용 적층체 제조공정을 단순화하고 생산 비용을 절감할 수 있다(이상 S130).
다음으로, 상기 적층체를 금형장치로부터 이형시킨 후에 피어싱하고, 제품을 취출하게 된다(이상 S140).
상술한 것과 같은 자동차 내장재용 적층체 제조방법에 의해 제조되는 자동차 내장재용 적층체는 표피층 저면 폼층의 두께 감소 및 쿠션감 저하 현상이 발생하지 않아 품질이 우수하다.
이상, 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.
100: 자동차 내장재용 적층체
110: 기재층
120: 표피층
121: 연질 폴리우레탄 폼층
122: 외피층
110: 기재층
120: 표피층
121: 연질 폴리우레탄 폼층
122: 외피층
Claims (11)
- 기재층 및 상기 기재층 상부에 형성되는 표피층을 포함하고,
상기 표피층은 표면에 매끄러운 재질의 스킨면을 가지는 연질 폴리우레탄 발포체를 구비하며 닫힌 셀 구조를 갖는 연질 폴리우레탄 폼층; 및
상기 연질 폴리우레탄 폼층 상부에 부착되는 외피층을 포함하는 자동차 내장재용 적층체. - 청구항 1에 있어서,
상기 기재층은 열가소성 수지 또는 이의 복합소재로 제조되는 자동차 내장재용 적층체. - 청구항 2에 있어서,
상기 기재층은 폴리프로필렌, 고밀도 폴리에틸렌, 저밀도 폴리에틸렌, 폴리염화비닐, 아크릴로나이트릴-부타디엔-스티렌 공중합체, 폴리스티렌, 폴리카보네이트, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 우드스탁, 레진펠트, 에이치에스펠트, 유리섬유 강화보드, 천연섬유 강화보드 또는 PET 강화보드를 포함하여 제조되는 자동차 내장재용 적층체. - 청구항 1에 있어서,
상기 연질 폴리우레탄 폼층은 두께가 1.5 내지 3.5mm이고, 발포 배율은 10 내지 40배인 자동차 내장재용 적층체. - 청구항 1에 있어서,
상기 외피층은 부직포, 직물 또는 열가소성 수지로 제조되는 자동차 내장재용 적층체. - 청구항 5에 있어서,
상기 열가소성 수지는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리염화비닐, 열가소성 폴리우레탄 또는 에틸렌비닐아세테이트인 자동차 내장재용 적층체. - 상금형 및 하금형을 이용하여 표피층 및 기재층을 동시 성형하는 자동차 내장재용 적층체 제조방법에 있어서,
상기 상금형에 표면에 매끄러운 재질의 스킨면을 가지는 연질 폴리우레탄 발포체를 구비하여 닫힌 셀 구조를 갖는 연질 폴리우레탄 폼층 및 외피층을 포함하는 표피층을 장입하고 예열하는 제1 단계;
상기 표피층을 진공성형하고, 동시에 상기 하금형 내부로 기재 액상 수지를 사출시켜 기재층을 형성하는 제2 단계; 및
상기 상금형 및 하금형을 형합시킨 후 가압 및 냉각하여, 상기 표피층 및 기재층이 이루는 적층체를 고정유지하는 제3 단계를 포함하는 자동차 내장재용 적층체 제조방법. - 청구항 7에 있어서,
상기 적층체를 이형시킨 후, 피어싱하는 제4 단계를 더 포함하는 자동차 내장재용 적층체 제조방법. - 청구항 7에 있어서,
상기 기재층은 열가소성 사출수지로 제조되고,
상기 열가소성 사출수지는 폴리프로필렌, 고밀도 폴리에틸렌, 저밀도 폴리에틸렌, 폴리염화비닐, 아크릴로나이트릴-부타디엔-스티렌 공중합체, 폴리스티렌, 폴리카보네이트 또는 폴리에틸렌테레프탈레이트인 자동차 내장재용 적층체 제조방법. - 청구항 7에 있어서,
상기 외피층은 부직포, 직물 또는 열가소성 수지로 제조되는 자동차 내장재용 적층체 제조방법. - 청구항 10에 있어서,
상기 열가소성 수지는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리염화비닐, 열가소성 폴리우레탄 또는 에틸렌비닐아세테이트인 자동차 내장재용 적층체 제조방법.
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