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玻璃纤维的表面金属化

玻璃纤维的表面金属化
玻璃纤维的表面金属化

文章编号:10062446X(2009)0520064204

玻璃纤维的表面金属化

方小强1 柴东朗2 钟 辉1

(1.成都理工大学材料与化学化工学院,四川 成都 610059;

2.西安交通大学材料科学与工程学院,陕西 西安 710021)

摘 要:采用以甲醛为还原剂、E DT A?Na

2

和T ART?K Na为络合剂的双络合剂体系对玻璃纤维表面进行了化学镀铜。结果表明,在玻璃纤维表面上成功镀覆上一层致密、亮铜色的铜镀层。

关键词:高强玻璃纤维;化学镀铜

中图分类号:T Q171177 文献标识码:A

高强玻璃纤维强度高、耐热性好、电绝缘性能优异,在航空航天、国防军工、电机电器、船舶、汽车、体育用品等领域获得大规模应用[1]。玻璃纤维作为增强材料主要是在树脂基体上的应用,然而用来增强金属基体在国内外目前鲜见报道。玻璃纤维表面金属化的方法很多,由于化学镀方法工艺设备简单,并且可以在非导体基体上进行而得到人们重视[2]。本文采用化学镀技术对玻璃纤维进行表面金属化。到目前为止,化学镀铜技术发展较为成熟[3],但主要是研究单络合剂对化学镀铜液以及对金属基体的表面镀覆。本文主要讨论了一种新的适合在玻璃纤维表面

化学镀铜的新配方以及EDT A?Na

2

和T ART?K Na双络合剂对化学镀液稳定性的影响。

1 实 验

111 试 剂

试剂:丙酮,Na OH,HCl,SnCl

2?2H

2

O,PbCl2,CuS O4?5H2O,乙二胺四乙酸二钠(E DT A

?Na

2

),酒石酸钾钠(T ART?K Na),37%甲醛溶液。

以上试剂均为分析纯。

112 前处理工艺

玻璃纤维为非金属,在非金属基体上进行化学镀必须进行前处理。主要过程有:丙酮除胶、表面刻蚀、敏化、活化四个步骤。

本文对玻璃纤维进行前处理采用的工艺为:

(1)丙酮除胶:首先配置体积分数为30%~70%的丙酮溶液,将玻璃纤维布裁剪成70mm ×70mm放置其中,浸泡30m in。

(2)表面刻蚀:将玻璃纤维平放在45~75g/L的Na OH溶液中,加热到50℃,浸泡20m in。

(3)敏化:常温下将经过表面刻蚀的玻璃纤维布放置敏化液中,浸泡10m in。敏化液: SnCl2?2H2O30g/L,HCl2%~8%。

(4)活化:经过敏化后的纤维布直接浸入活化液中,时间为10m in。活化液:PbCl

2 013g/L,HCl1%~3%。

收稿日期:2009202224

113 化学镀铜

将经过前处理的玻璃纤维布分别放置在编号为A、B、C3种化学镀铜液中进行化学镀铜。其中:施镀时间为42m in。其中A镀液以酒石酸钾钠(T ART?K Na)为络合剂,B镀液以乙二胺

四乙酸二钠(EDT A?Na

2)为络合剂,C镀液为EDT A?Na

2

和T ART?K Na双络合剂体系。3种镀

液中其它物质(主盐CuS O

4?5H

2

O、稳定剂等)质量浓度相同、pH值、施镀温度均一致。

A、B、C镀液的主要成分及含量见表1。

表1 本文所用化学镀铜液的主要成分及其含量

A B C

ρ(CuS O

4?5H

2

O)/(g/L)558~15

ρ(T ART?K Na)/(g/L)无2515~30

ρ(E DT A?Na

2

)/(g/L)10无8~18添加剂(亚铁氰化钾)少量少量少量pH>1210>1210>1210

温度25℃25℃25℃

2 结果与讨论

211 玻璃纤维镀铜层形貌观察

(1)在3种镀液中完成化学镀铜,取出玻璃纤维布80℃烘干后作表面宏观观察,利用N ikon Cool p ix5400数码相机拍摄。如图1。

图1 玻璃纤维布镀层颜色区别

a:A镀液的铜镀层;b:C镀液的铜镀层。

由图1可见,A镀液镀出的铜镀层略微发暗,B镀液镀出的效果类似,而C镀液镀出的铜镀

层显现出光亮铜色。光亮色的镀铜层说明在C镀液中得到的镀铜层较A、B更为致密,镀铜层抗氧化能力增强,裸露在空气中不易被氧化。

(2)镀铜玻璃纤维布的微观形貌如图2所示。

图2 玻璃纤维镀铜后的SE M照片

a:C镀液镀铜前形貌;b:C镀液镀铜后形貌。

图2中(a)为放大3000倍的玻璃纤维布扫描照片,可以看出纤维布表面的单丝是光滑,平直的。(b)是镀铜后的玻璃纤维布单丝经过20000倍放大看到的单丝表面,上面布满了铜胞,且铜胞细小均匀,致密,厚度达到3μm。

212 镀液的稳定性分析

本文采用钯盐法测试镀液的稳定性[5]。配置浓度为1×1024mol/L的氯化钯水溶液,加热到60℃,然后分别加入50mL A、B、C镀液中,记录下镀液出现浑浊的时间。

目前,绝大多数化学镀铜溶液的钯盐法测试稳定存在的时间为10m in。A、B、C镀液在Pd2+的作用下先后都出现了浑浊,但C镀液稳定存在了最长时间,达到12m in,高于目前的平均水平。由此可见,在双络合剂存在下,镀液的稳定性得到大大的提升。作者认为是因为镀液中的Cu2+基本被络合,几乎不存在游离的Cu2+。这也与张道礼等人[4]的研究相符。

213 镀层结合力分析

参照AST M284,本文利用热震法测验镀层结合力[5]:加热镀好的试样到200℃,室温水急冷,经过多次循环,观察表面镀层鼓泡、起皮等现象,定性评定镀层结合力。

对C镀液镀出的玻璃纤维布做热裹试验,经过10次循环,玻璃纤维布铜镀层表面不起皮、不鼓泡,镀层与基体结合力好。经过的循环次数高于目前已见报道的8次。

214 添加剂对镀液的影响

添加剂对玻璃纤维化学镀铜液有重要作用。在没有使用添加剂时,无论是A、B、C哪个镀液,镀层都略微发暗、镀层结合力也较差。本文添加剂选用亚铁氰化钾,只要微量就可以大大提高镀层的光亮度和结合力,并且可以稳定镀速。

3 小 结

(1)通过试验得到了最适合该高强玻璃纤维的前处理工艺:丙酮除胶、表面刻蚀、敏化、活

化。

(2)通过试验证明,双络合剂体系镀液镀层质量高于单络合剂体系镀液。

(3)通过试验得到镀铜溶液配方为:CuS O

4?5H

2

O8~15g/L,E DT A?Na25~18g/L,

T ART?K Na15~30g/L,37%甲醛溶液10mL/L,pH值>1215,室温;并且该镀液镀速快,可达到5~8μm/h。

(4)通过钯盐法试验,发现镀液稳定性很好。

(5)通过观察发现镀层光亮、平滑;扫描电镜照片显示镀层呈胞状生长;热震法试验定性表明镀层与基体结合力强。

参考文献:

[1]毕鸿章1高强玻璃纤维及其应用[J].高科技纤维与应用,1999,2:19220.

[2]姜晓霞,沈伟.化学镀理论及实践[M].北京:国防工业出版社,2000:3.

[3]曾为民,吴纯素,吴荫顺.化学镀铜[J].南昌航空工业学院学报,1998(1):83292.

[4]张道礼,龚树萍,周东祥.化学镀铜液中铜离子型体分布和络合剂的作用[J].材料保护,2000,4:22

3.

[5]李鹏,黄英,熊佳,等.玻璃纤维化学镀N i2Cu2P合金的研究[J].材料科学与工艺,2006,12:6302

633.

M et a li zed on the Surface of Gl a ss F i ber

F AN

G Xiaoqiang1,CHA IDonglang2,ZHONG Hui1

(1.Chengdu University of Technol ogy,Sichuan Chengdu610059,China;

2.Xiπan J iaot ong University,Shanxi Xiπan710021,China)

Abstract:Electr oless copper p lating on glassfiber was discussed.An electr oless copper bath with a bicomp lex syste m consisting T ART?K Na and E DT A?Na2is p resented.This bath is highly stable and its deposit copper p lating has a good s mooth appearance.

Key words:high2strength glass fiber;electr oless copper p lating

补充1第一章 玻璃纤维表面处理

第一章玻璃纤维表面处理 §1-1 概述 1、意义:纤维——基体界面的结构和性能对复合材料的力学性能和物理性能起主要作用。如断裂、韧性、腐蚀、刚度、膨胀等。 §1-2表面复合材料的结构 1、结构:数种弹性性能不同的材料薄片交替铺叠而成。 如: B’ 2、决定因素: 纤维的原子排列,化学性能 高分子基体的分子结构和化学组成 例: 纤维的高模量、高强度性能使它成为理想的负荷载体,但必须有一种模量较低的基体把它牢固地粘结起来,使任何一根纤维的断裂,对整体的强度影响不大。这就要求纤维对基体有良好的浸润性,但玻纤和碳纤对树脂的浸润性是相当差的,表现在层间剪切上。 §1-3处理剂作用理论 1、耦联目的:增加玻纤与树脂间的粘结力 2、耦联作用:耦联剂具有两种或两种以上性质不同的官能团,一端亲玻纤,一端亲树脂。从而起到玻纤与树脂间的桥梁作用。 3、耦联机理: 不吸湿,带羟基 SiO2,Al2O3,Fe2O3 —M—OH, M=Si, Fe, Al 玻纤表面分布基团水合完以后,留下来由 不水合氧化物网络构成的疏松 表面。 吸水基,形成水合氧化层 ※耦联剂的主要功能是在纤维表面的氧化物分子团和树脂的聚合物分子之间建立很强的

化学键合,产生很强的耐水键。 ※耦联剂的部分作用是提高表面能以保证树脂很好的浸润。 §1-4处理剂种类和作用机理1、种类 有机硅烷型,非有机硅烷型 2、通式 R——SiX3 与聚合物作用端与Si键合的可水解基团 3、作用过程 (1)水解 R—SiX3+H2O R—Si(OH)3+3HX (2)与纤维表面羟基结合 R R HO—Si—OH HO—Si—OH O O H H H H O O M M 玻纤 (3)脱水 R R 聚硅氧烷层HO—Si—O—Si—OH O O M M 玻纤

金属材料表面纳米化的研究现状

金属材料表面纳米化的研究现状*中科院金属研究所沈阳材料科学国家(联合)实验室刘刚雍兴平卢柯 摘 要:概述金属材料表面纳米化研究的现状,包括表面纳米化的基本原理、制备方法、结构特征和功能特性,并对表面纳米化研究的发展进行展望。  关键词:金属材料 表面纳米化 结构 性能  中图分类号:TG17; TB33 文献标识码:A 文章编号:1007–9289(2001)03–0001–05 1 引 言  材料的组织结构直接影响着材料的使用性能,为了满足工作环境对材料的特殊需求,人们提出了多种表面改性技术,如喷丸、电镀、喷涂、气相沉积(PVD、CVD)、激光处理和表面化学处理等,这些技术通过材料表面组织结构的改善极大地提高了材料的服役行为,因此已在工业上取得了广泛的应用。随着纳米材料与纳米技术研究的不断深入,如何将表面改性技术与纳米技术相结合、以开发利用纳米材料的优异性能有待于进一步探索。 在过去的20年,纳米材料和纳米技术的研究异常活跃,这主要是由于纳米材料具有独特的结构和优异的性能[1,2],对纳米材料的研究不但进一步深化了人们对固体材料本质结构特征的认识,也为新一代高性能材料的设计、开发提供了材料和技术基础。迄今为止,人们提出了多种纳米材料制备方法,如金属蒸发冷凝-原位冷压成型法、非晶晶化法、机械研磨法和强烈塑性变形法等[3~7]。但是,由于制备工艺复杂、生产成本高和材料外形、尺寸有限,内部存在界面污染、孔隙类缺陷多等因素的制约,现有的制备技术至今尚未能在三维块状金属材料上取得实际应用。 众所周知,大多数材料的失稳始于其表面,因此只要在材料的表面制备出一定厚度的纳米结构表层,即实现表面纳米化[8],就能够通过表面组织和性能的优化提高材料的整体力学性能和环境服役行为。与其它纳米材料制备方法不同的是,表面纳米化采用常规表面处理技术或对表面处理技术进行改进即可实现。此外,表面纳米化材料的组织沿厚度方向呈梯度变化,这些技术在工业上应用 基金项目:国家自然科学基金项目(50071061);中国科学院创新基金重大项目 作者简介:刘钢男 (1963-) 副研究员博士 收稿日期:2001–08–16 并不存在明显的障碍;在使用过程中不会发生剥层和分离。因此,这种新材料有着开发应用的潜力。 最近,表面纳米化已引起国际同行的广泛关注,被认为是今后几年内纳米材料研究领域最有可能取得实际应用的技术之一。本文将表面纳米化研究的现状进行综述,包括表面纳米化的基本原理、制备方法、结构特征和功能特性,并对表面纳米化研究的发展进行展望。 2 表面纳米化的基本原理与制备方法  在块状粗晶材料上获得纳米结构表层有3种基本方式[8]:表面涂层或沉积、表面自身纳米化和混合方式,如图1所示,以下分别作以介绍。 图1 表面纳米化的3种基本方式 Fig.1 Schematic illustration of three types of surface nanocrystallization (a) surface coating or deposion(b) surface self-nanocrystallization (c) hybrid surface nanocrystallization 2.1 表面涂层或沉积 首先制备出具有纳米尺度的颗粒,再将这些颗粒固结在材料的表面,在材料上形成一个与基体化学成分相同(或不同)的纳米结构表层。这种材料的主要特征是:纳米结构表层内的晶粒大小比较均匀,表层与基体之间存在着明显的界面,材料的外形尺寸与处理前相比有所增加,图1(a)。 许多常规表面涂层和沉积技术都具有开发、应用的潜力,如PVD、CVD、溅射、电镀和电解沉积表面涂层或沉积 (b) 表面自身纳米化 (c)

玻璃纤维

玻璃纤维 玻璃纤维应用知识 作者: 赵工来源: 聚和成日期: 2009-4-18 点击数: 74 第一部分:玻纤知识: 1、玻纤分类 从长度分类分可以分连续玻纤、短玻纤(定长玻纤)和长玻纤(LET),连续玻纤是国内目前应用最广的玻纤,就是通常说的“长纤”,代表厂家有巨石,泰山、兴旺等。定长玻纤就是通常说的“短纤”,一般是外资改性厂与国内部分企业在用,代表厂家有PPG,OCF及国内的CPIC,巨石泰山也有少部分,但质量不如人意。LET是最近在国内兴起的,代表厂家有PPG,CPIC及巨石,目前国内金发,浙江俊尔,南京聚隆产量较大。 从碱金属含量分可分为无碱,低中高,通常改性增强用无碱,也就是E玻纤,国内改性一般使用E玻纤。 2、玻纤的应用 玻纤增强塑料的原理主要是由于玻纤/树脂界面上连接必然是使作用到模塑件上的力传导到玻纤上,因此玻纤的长度被充分利用,起到树

脂增强的目的,但玻纤在树脂基体中长度必须满足一定的要求,这就是临界玻纤长度,玻璃纤维的临界纤维长度(即可将力从基材传递给纤维的最小长度)在0.3~0.6mm之间,临界长度只与剪切力与玻纤单丝直径有关,上面的临界长度是指玻纤在最终产品里的长度,如是果是塑料粒子里话,此长就就在0.6~0.8mm之间,从理论上讲,临界长度与玻纤的原始长度没有关系,如果增强产品把玻纤的长度都控制在这个范围的话,此时产品的力学性能与表面外观都是最好的,最平衡的,如果长度过长,力学性能上升,但制品表面会变粗糙与翘曲,如果长度过短,就会导致力学性能不足。要控制玻纤的长度应该从调整螺杆结构及转速入手,如果玻纤长径控制在400效果最佳。 3、评价玻纤好坏的主要指标 第一个指标:玻纤在拉丝过程中所使用的表面活性处理剂。表面活性处理剂也就是通常所说的浸润剂,浸润剂主要是偶联剂与成膜剂,另外还有一些润滑剂、抗氧剂、乳化剂、抗静电剂等,成膜剂的成分与其它助剂的种类对玻纤有决定性的影响,所以在选择玻纤时就根据基料与成品要求选择合适的玻纤。像PPG、CPIC等公司短纤牌号较多,就是因为表面浸润剂不一样,这样就针对性比较强。 第二个指标:单丝直径。以前介绍过临界玻纤长度只与剪切力和单丝直径有关,从理论上讲,如果单丝直径越小,产品的力学性能与表面外观越佳。目前国内玻纤直径一般都在10μm,13μm,像CPIC就有开发7μm的玻纤。 4、浮纤原因分析

表面纳米化对金属材料耐磨性的影响

东华大学研究生课程论文封面 教师填写: 得分任课教师签名 学生填写: 姓名学号 专业导师 课程名称 任课教师课程学分 上课时间20 至20 学年第学期星期 递交时间年月日 本人郑重声明:我恪守学术道德,崇尚严谨学风。所呈交的课程论文,是本人独立进行研究工作所取得的成果。除文中已明确注明和引用的内容外,本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品及成果的内容。论文为本人亲自撰写,我对所写的内容负责,并完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 论文作者签名:

表面纳米化对金属材料耐磨性的影响 摘要:材料的磨损起源于表面,金属材料的摩擦磨损性能与表面结构密切相关。利 用表面纳米化技术可以在金属材料的表面制备出一定厚度的纳米结构表层,从而大 大提高金属的耐磨性。结合国内外学者的研究报道,综述了表面纳米化在金属耐磨 性方面的影响,讨论了表面纳米化方法与机理以及表面纳米化影响耐磨性的因素, 简述了应用表面纳米化技术改善各种金属材料耐磨性的研究和实用成果,最后进行 了总结和展望。 关键词:表面纳米化;金属材料;耐磨性 Influence of Surface Nanocrystallization on Wear Resistance of Metallic Materials Abstract:Wearing stems from surface of material, the friction and wear properties of metallic materials are closely related to their surface structure. Nanostructured layer with a certain thickness can be produced by means of surface nanocrystallization technology on surface of metallic materials to enhance their wear resistance distinctly. With the research work of scholars, an overview of the influence of surface nanocrystallization on wear resistance of metallic materials is given. The methods, principle and factors influencing wear property of surface nanocrystallization are dis2 cussed, the research achievements and applying results are illustrated, and the summary and prospect are presented at last. Key words: surface nanocrystallization; metallic materials; wear resistance 1、引言 结构材料中许多失效(如磨损、疲劳等)均与材料表面结构和性能密切相关。在大多数服役环境下,材料的失稳多始于表面,如果能在材料上制备出一定厚度的纳米结构表层,就可以通过表面组织和性能的优化来提高材料的整体性能和服役行为[1]。基于此,20世纪末中科院金属所卢柯研究组提出了“表面纳米化”(Surface nanocrystallization)的概念,该项技术既

碳纤维天线表面金属化的研究及应用

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表面自身纳米化及其研究进展 摘要:金属材料表面自身纳米化,即在材料自身表面形成具有纳米结构的表面层。纳米结构表层与基体之问没有明砬的界面,处理前后材料的外形尺寸基本没变,一方面克服了目前三维大尺寸纳米晶体材料制备的技术困难,另一方面又将纳米晶体材料的优异性能与传统金属材料相结合。 关键词:表面自身纳米化;性能;应用 前言 很多丁程上的应用只需要改善材料的表面性能.就可以提高整个材料的综合服役性能和使用寿命,因为材料的失效一般源于材料的表面,如材料的疲劳、磨蚀疲劳、腐蚀、摩擦磨损等。另外,为了改进一些常见的材料加丁工艺,如材料的表面渗氮、渗铬,异种金属材料的固态扩散焊接等,迫切需要改善材料的表面性能。显然,把纳米技术与表面改性技术相结合。实现材料的表面纳米化。将是一个非常有潜力的领域。近年来,徐滨士等【1-2】提出纳米表面工程的概念。为材料表面改性开创了新的途径。 表面纳米化处理是近几年表面强化方法研究的热点之一。这种技术将纳米晶体材料的优异性能与传统工程金属材料相结合,在工业应用上具有广阔的应用前景。众所周知,工程结构材料的失效多始于表面,而且材料的疲劳、腐蚀、磨损对材料的表面结构和性能很敏感。因此,表面组织和性能的优化就成为提高材料整体性能和服役行为的有效途径。1999年,h等?提出了金属材料表面自身纳米化(Suface

Self-Nanocrystallization,SNC)的概念,即在材料自身表面形成具有纳米结构的表面层。纳米结构表层与基体之间没有明显的界面,处理前后材料的外形尺寸基本不变。这种表面自身纳米化技术,一方面克服了目前三维大尺寸纳米晶体材料制备的技术困难,另一方面又将纳米材料的优异性能应用到了传统工程材料的表面改性技术中。因此,这种新材料新技术具有很大的工业应用价值。目前,表面纳米化的研究主要集中于机械加工的方法。本文将简要介绍表面自身纳米化处理的技术特点以及对疲劳、腐蚀、磨损等性能的影响。 2 表面纳米化的基本原理与制备方法 在块状粗晶材料上获得纳米结构表层有3种基本方式[8] 表面涂层或沉积,表面自身纳米化和混合方式。 表面涂层或沉积,首先制备出具有纳米尺度的颗粒再将这些颗粒固结在材料的表面在材料上形成一个与基体化学成分相同(或不同)的纳米结构表层。这种材料的主要特征是纳米结构表层内的晶粒大小比较均匀表层与基体之间存在着明显的界面材料的外形尺寸与处理前相比有所增加。 表面自身纳米化,对于多晶材料采用非平衡处理方法增加材料表面的自由能使粗晶组织逐渐细化至纳米量级这种材料的主要特征是晶粒尺寸沿厚度方向逐渐增大纳米结构表层与基体之间不存在界面与处理前相比材料的外形尺寸基本不变。表面自身纳米化技术与表面自身纳米化材料有很多独特之处:首先,表面自身纳米化采用常规的表面处理方法(或者对常规的处理方法进行略微的改造)即可实现,在

玻璃纤维增强塑料成型工艺

玻璃纤维增强塑料成型工艺 第一章绪论 FRP(Fiberglass Reinforced Plastics)或GRP(GlassReinforced Plastics)或GFRP(Glass fibre reinforced plastics)。玻璃钢是玻璃纤维增强塑料的习惯叫法,是一种新型工程材料。它是以玻璃纤维及其制品作为增强材料,以合成树脂作基体材料,通过一定的成型工艺而制成的一种复合材料。三十年代在美国出现后,到二次世界大战期间由于战争的需要才发展起来。战后逐渐转到了民用工业方面,并获得了迅速发展。由于玻璃钢具有许多特殊优良的性能(如机械强度高、比重小、耐化学腐蚀、绝缘性能好等等)。因此被普遍应用于火箭、导弹、航空、造船、汽车、化工、电器、铁路以及一般民用等工农业部门中。目前世界各国都非常重视研究和发展玻璃钢材料,迄今为止,人们不但研究试制成功各种各样有特殊性能的玻璃钢材料产品,而且研究成功各种各样的成型工艺。 第二章玻璃钢基础知识 1、玻璃钢的发展历史 1940年,美国一家实验室的技术人员不小心将加有催化剂的不饱和聚酯树脂倾倒在玻璃布上,第二天发现固化后的这种复合材料强度很高,玻璃钢遂应运而生。 1942年第一艘玻璃钢渔船问世;玻璃钢管试制成功并投入使用。二战其间,美国以手工接触成型与抽真空固化工艺,制造了收音机雷达罩与副油箱;利用胶接技术制作了玻璃钢夹芯结构的收音机机翼。 1946年发明了以纤维缠绕法生产压力容器的方法。 1949年预混料DMC(BMC)模压玻璃钢面试。 1950年真空袋与压力袋成型工艺研究成功;手糊环氧玻璃钢直升收音机旋翼面市。 20世纪50年代末,前苏联成功将玻璃钢用于炮弹引信体等军品及化工器材的生产。 1961年德国率先开发片状模塑料(SMC)及其模压技术。 1963年玻璃钢波形瓦开始机械化生产,美、法、日先后有高生产率的边疆生产线投生。 1972年美国研究成功干法生产的热塑性片状模塑料。 20世纪80年代,开发了湿法生产的热塑性片大辩论模塑料。瑞士、奥地利离心法成型玻璃钢管得到发展;意大利工业化纤维缠绕玻璃钢管生产线技术成熟,产品大量使用于石化、轻工、轮船等领域。 1956年,时任重工业部副部长、后任建材工业部长的赖际发同志赴前苏联考察玻璃钢。俄文称玻璃钢为“玻璃塑料”(CTEKJIOIIJIACTHHK),当时中文里没有相应的词。想到材料内有玻璃,强度又高,就叫“玻璃钢”。这就是“玻璃钢”一词的由来。

材料表面纳米化研究现状

金属材料表面纳米化研究现状 摘要:金属材料的表面纳米化处理是近几年表面强化方法研究的热点之一。这种技术将纳米晶体材料的优异性能与传统工程金属材料相结合,在工业应用上具有广阔的应用前景。通过对表面纳米化的基本原理、制备方法、结构特征和功能特性的综述,提出要实现这种新技术的工业应用需要解决的问题,如影响因素,表面纳米化形成动力学等。 关键词:表面纳米化;金属材料;研究现状 1、介绍 表面工程是21世纪工业发展的关键技术之一,它是先进制造技术的重要组成部分,同时又可为先进制造技术的发展提供技术支撑。表面工程,是经表面预处理后,通过表面涂覆、表面改性或多种表面工程技术复合处理,改变固体金属表面或非金属表面的形态、化学成分、组织结构和应力状态等,以获得所需要表面性能的系统工程。表面工程的最大优势是能够以多种方法制备出优于本体材料性能的表面功能薄层,赋予零件耐高温、耐腐蚀、耐磨损、抗疲劳、防辐射等性能。这层表面材料与部件的整体材料相比,厚度薄、面积小,但却承担着工作部件的主要功能[1-3]。 从19世纪80年代表面工程的诞生到现在,经历了三个发展阶段,第一代表面工程是指传统的单一表面工程技术,包括热喷涂、电刷镀、、激光熔覆、PVD(物理气相沉积)技术、CVD(化学气相沉积)技术以及激光束、离子束、电子束三束表面改性等[4-5]。第二代表面工程又称复合表面工程,是指将两种或多种传统的表面技术复合应用,起到“1+l>2”的协同效果[6]。例如,热喷涂与激光(或电子束)重熔的复合,热喷涂与电刷镀的复合,化学热处理与电镀的复合,多层薄膜技术的复合等。第三代表面工程即纳米表面工程,是指纳米材料和纳米技术有机地与传统表面工程的结合与应用。 纳米表面工程是以纳米材料和其他低维非平衡材料为基础,通过特定的加工技术或手段,对固体表面进行强化、改性、超精细加工或赋予表面新功能的系统工程。简言之,纳米表面工程就是将纳米材料和纳米技术与表面工程交叉、复合、综合并开发应用[7-9]。 在服役环境下,金属材料的失效多始于表面,因此只要在材料上制备出一定厚度的纳米结构表层,即实现表面纳米化,就可以通过表面组织和性能的优化提高材料的整体性能和服役行为。与其它纳米材料制备方法相比,表面纳米化技术

玻璃纤维成份和性能

玻璃纤维行业基本概念: 玻璃纤维成份和性能 生产玻璃纤维的基本原料是:石英砂、腊石、石灰石、白云石,为了熔化以上物质,还要加入硼酸和萤石作助熔剂。玻璃纤维按所含Na2O成分的多少分三类:无碱玻璃纤维、中碱玻璃纤维、高碱玻璃纤维。无碱玻璃纤维中含有SiO2 55~57%,Al2O3 10~17%,CaO 12~25%,MgO 0~8%,B2O3 8.5%,Na2O 0.5%。中碱玻璃纤维Na2O含量为12%,高碱玻璃纤维Na2O含量为15%,其它成分一样,含量稍微变动。从性能上看,无碱、中碱、高碱玻璃纤维其强度依次降低、耐久性依次变差、绝缘性依次减弱,只是耐酸性依次增强。无碱玻璃纤维多用于增强和绝缘材料,高碱玻璃纤维多用于稀酸环境,如蓄电池隔板、电镀槽、酸贮罐、酸过滤材料等,中碱玻璃纤维因价格优势在中国得到普遍使用。玻璃纤维与金属相比具有高强度、耐腐蚀、透光性和绝缘性好等特点。 玻璃纤维生产工艺 生产玻璃纤维常用的方法有两种:池窑法直接拉丝、球法坩锅拉丝。池窑法直接拉丝是将矿物原料磨细配制送入单元窑,用重油燃烧加热熔化物料后直接拉丝,具有产量大、质量稳、能耗低的特点,球法坩锅拉丝是从市场上购进玻璃球然后再通过电加热熔化拉丝,所用坩锅有陶土坩锅、全铂坩锅、代铂坩锅之分,前者只能用平板碎玻璃生产高碱玻璃纤维,全铂坩锅能耐高温且能制出干净纯净玻璃纤维,但单炉需铂铑合金3~4公斤,造价昂贵,现在主要用代铂坩锅,即熔化部分为耐高温陶土材料,拉丝漏板用铂銠合金材料,单炉用贵金属0.6 公斤既可,节省造价,但质量不如全铂坩锅,适合我国。球法坩锅拉丝所用漏板为50~800孔,单丝直径在9微米以下,一般需经过加捻纺织后制成各种玻璃纤维制品,此法能耗大、质量不稳定,但非常灵活,可补充池窑拉丝的一切空白。池窑拉丝用漏板为800~4000孔,单丝直径在11微米以上。 单丝用浸润剂涂油保护后集束成原丝,如果用于增强塑料则必需涂覆偶联剂。浸润剂的作用是:A浸润保护作用B粘结集束作用C防止玻璃纤维表面静电荷的积累D为玻璃纤维提供进一步加工和应用所需要的特性E使玻璃纤

玻璃纤维的物理性能与加工工艺

玻璃纤维的物理性能和加工工艺 一.物理性能 1.外观特点 一般天然或人造的有机纤维,其表面都有较深的皱纹。而玻璃纤维表面呈光滑的圆柱体,其横断面几乎都是完整的圆形,宏观来看,表面光滑,所以纤维之间的抱合力非常小,不利于和树脂粘结。由于呈圆柱体,所以玻璃纤维彼此靠近时,空隙填充的较密实。这对提高玻璃钢制品的玻璃含量是有利的。 2.密度 玻璃纤维的密度较其它有机纤维为大,但比一般金属密度要低,几乎和铝一祥。因此在航空工业上用玻璃钢代替铝钛合金就成为可能。玻璃纤维的密度与成分有密切的关系,一般为左右,但含有大量重金属的高弹玻璃纤维密布度可达cm3,一般来说无碱纤维的密度比有碱纤维密度要大,见下表。 3.抗拉强度 玻璃纤维的抗拉强度比同成分的玻璃高几十倍,例如有碱玻璃的抗拉强度只有 40-100MPa ,而用它拉制的玻璃纤维强度可达2000MPa,其强度提高了20-50 倍,从下表可以看出,玻璃纤维的拉伸强度比高强合金钢还要高。

4.耐磨性和耐折性 玻璃纤维的耐磨性是指纤维抗摩擦的能力;玻璃纤维的耐折性是指纤维抵抗折断的能力。玻璃纤维这两个性能都很差。当纤维表面吸附水分后能加速微裂纹扩展,使纤维耐磨性和耐折性降低。为了提高玻璃纤维的柔性以满足纺织工艺的要求,可以采用适当的表面处理。如经%阳离子活性剂水溶液处理后,玻璃纤维的耐磨性比未处理的高200倍,纤维的柔性一般以断裂前弯曲半径的大小表示。弯曲半径越小,柔性越好。如玻璃纤维直径为9μm时,其弯曲半径为,而超细纤维直径为μm时,其弯曲半径为。 5.弹性 玻璃纤维的延伸率纤维的延伸率是指纤维在外力作用下,直至拉断时的伸长百分率。玻璃纤维的延伸率比其它有机纤维的延伸率低,其伸长的程度与所施加的力成正比,直到纤维断裂为止,不存在屈服点。负荷去掉后可以恢复原来长度,因此玻璃纤维是完全的弹性体。 6.电性能 由于玻璃纤维的介电性好,耐热性良好,吸湿性小,并且不燃烧,所以无碱玻璃纤维制品 在电气、电机工业中得到了广泛而有效的应用。 7.热性能 玻璃纤维的导热性低,特别是玻璃棉制品密度小,寿命长和耐高温,广泛用于建筑和工业的保温、隔热和隔冷,是一种优良的热绝缘材料。玻璃的导热系数(通过单位传热面积13温度梯度为1℃/m ,时间为1h 所通过的热量)为),但拉制玻璃纤维后,其导热系数只有产生这种现象的原因,主要是纤维间的空隙较大,密度较小。密度越小,其导热系数越小,主要是因为空气导热系数低所致。导热系数越小,隔热性能越好。当玻璃纤维受潮时,导热系数增大,隔热性能降低。 8.吸声性能 玻璃纤维还有优良的吸声、隔声性能,在建筑、机械和交通运输方面得到广泛的应用。吸声系数是当声波传到物体表面时,物体表面所吸收的声能与落在表面总声能的比值。一般材料的吸声系数大小与声源物体振动频率有关。例如用棉花制成的隔声物质,当音频为200HZ变到1200HZ时,吸声系数可由0.09 变到,所以各种材料的吸声系数都有一定的音频特性。玻璃棉的吸声系

玻璃纤维与碳纤维区别

玻璃纤维/碳纤维有什么区别 玻璃纤维是一种性能优异的无机非金属材料。英文原名为:glass fiber 。它是以玻璃球或废旧玻璃为原料经高熔制、拉丝、络纱、织布等工艺。最后形成各类产品,玻璃纤维单丝的直径从几个微米到二十几米个微米,相当于一根头发丝的 1/20-1/5 ,每束纤维原丝都有数百根甚至上千根单丝组成,通常作为复材料中的增强材料,电绝缘材料和绝热保材料,电路基板等,广泛应用于国经济各个领域。 玻璃纤维之特性: 玻璃一般人之观念为质硬易碎物体,并不适于作为结构用材但如其抽成丝后,则其强度大为增加且具有柔软性,故配合树脂赋与形状以后终于可以成为优良之结构用材。玻璃纤维随其直径变小其强度增高。作为补强材玻璃纤维具有以下之特点,这些特点使玻璃纤维之使用远较其他种类纤维来得广泛,发展速度亦遥遥领先 特性用途如下: (1)拉伸强度高,伸长小(3%)。如作外墙 (2)弹性系数高,刚性佳。 (3)弹性限度内伸长量大且拉伸强度高,故吸收冲击能量大。 (4)为无机纤维,具不燃性,耐化学性佳。 (5)吸水性小。 (6)尺度安定性,耐热性均佳。 (7)加工性佳,可作成股、束、毡、织布等不同形态之产品。 (8)透明可透过光线. (9)与树脂接着性良好之表面处理剂之开发完成。 (10)价格便宜。 碳纤维是一种纤维状碳材料。它是一种强度比钢的大、密度比铝的小、比不锈钢还耐腐蚀、比耐热钢还耐高、又能像铜那样导电,具有许多宝贵的电学、热学和力学性能的新型材料。用碳纤维与塑料制成的复合材料所做的飞机不但轻巧,而且消耗动力少,推力大,噪音小;用碳纤维制电子计算机的磁盘,能提高计算机的储存量和运算速度;用碳纤维增强塑料来制造卫星和火箭等宇宙飞行器,机械强度高,质量小,可节约大量的燃料。1999年发生在南联盟科索沃的战争中,北约使用石墨弹破坏了南联盟大部分电力供应,其原理就是产生了覆盖大范围地区的碳纤维云,这些导电性纤维使供电系统短路。 碳纤维可通过高分子有机纤维的固相碳化或低分子烃类的气相热解来制取。上前世界上产生的销售的碳纤维绝大部分都是用聚丙烯腈纤维的固相碳化制得的。其产生的步骤为A预氧化:在空气中加热,维持在200-300度数十至数百分钟。预氧化的目的为使聚丙烯腈的线型分子链转化为耐热的梯型结构,以使其在高碳化时不熔不燃而保持纤维状态。B碳化:在惰性气氛中加热至1200-1600度,维持数分至数十分钟,就可生成产品碳纤维;所用的惰性气体可以是高纯的氮气、氩气或氦气,但一般多用高纯氮气。C石墨化:再在惰性气氛(一般为高纯氩气)加热至2000-3000度,维持数秒至数十秒钟;这样生成的碳纤维也称石墨纤维。 碳纤维有极好的纤度(纤度的表示法之一是9000米长的纤维的克数),一般仅约为19克;拉力高达300KG/MM2;还有耐高、耐腐蚀、导电、传热、彭胀系数小等一系列优异性能。目前几乎没有其他材料像碳纤维那样具有那么多的优异性能。

连续玻璃纤维增强热塑性塑料成型技术及其应用

连续玻璃纤维增强热塑性塑料成型技术及其应用.txt22真诚是美酒,年份越久越醇香浓型;真诚是焰火,在高处绽放才愈是美丽;真诚是鲜花,送之于人手有余香。一颗孤独的心需要爱的滋润;一颗冰冷的心需要友谊的温暖;一颗绝望的心需要力量的托慰;一颗苍白的心需要真诚的帮助;一颗充满戒备关闭的门是多么需要真诚这一把钥匙打开呀!本文由ygndtfowbt贡献 pdf文档可能在WAP端浏览体验不佳。建议您优先选择TXT,或下载源文件到本机查看。 第3卷第6期1 2003年6月 塑料工业 CmNAPLASⅡCSINDUISRY. 连续玻璃纤维增强热塑性塑料成型技术及其应用 唐倬,吴智华,牛艳华,刘志民 (川大学高分子科学与工程学院,四川成都606)四105摘要:综述了国内外连续玻璃纤维增强热塑性塑料的纤维处理方法、成型技术及应用状况,展望了连续玻璃纤维 增强热塑性塑料发展前景。 关键词:连续玻璃纤维;热塑性塑料;增强;成型;复合材料中豳分类号:T371Q2。1文献标识码:A文章编号:1057(03000—405—7020)6—010连续纤维增强热塑性塑料(otuuire—CniosFbineRn 重要的现实意义。 fcdTeoltltsoehrpscPai,简称c【)是2rmaiscF'P0世纪70年代初开发的一种聚合物基复合材料。连续纤维可采用玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维等,其中又以玻 璃纤维较为常用。CRP较之连续纤维增强热固性塑FT料具有以下几方面突出的优点的u:()预浸料可长1J 1生产技术 连续玻纤增强热塑性塑料复合材料制品的生产过程包括玻纤表面处理、热塑性塑料预浸纤维及其织 物、成型复合材料制品。玻纤表面处理一般在生产玻纤时进行,处理剂根据热塑性塑料品种选择。常用处 期保存;()综合性能优良,特别是在高温、高湿度2 下仍能保持良好的力学性能;()成型适应性广、生3产效率高;()制品可重复加工、再生利用。近年4 来,连续玻璃纤维增强热塑性塑料(GR1)越来CF1P越受到各国重视,研究应用十分活跃。Hwe[发明aly】理剂有:有机硅烷类偶联剂、有机钛酸酯类偶联剂、有机铬络合物类偶联剂。 11预浸料技术. 111溶液浸渍技术..溶液浸渍制备技术【]用树脂溶液浸润纤维,l是0然后加热除去溶剂。这种制备技术工艺简便,设备简单,但存在如下问题:溶剂必须完全除去,否则制品耐溶剂性差;去除

表面纳米化的研究进展_张鹏

第30卷第3期吉林工程技术师范学院学报 Vol.30No.32014年3月 Journal of Jilin Teachers Institute of Engineering and Technology Mar.2014 收稿日期:2014-02-11 基金项目:吉林省科技发展计划项目(20120342)。作者简介:张鹏(1971-),男,吉林乾安人,吉林工程技术师范学院食品工程学院教授,主要从事化工分离与过程模拟研究。 表面纳米化的研究进展 张 鹏,尚晓敏,刘晓秋,彭欣丽 (吉林工程技术师范学院食品工程学院,吉林长春130052) [摘 要]本文主要从物理法和化学法对表面纳米化方法进行了归纳。同时对各种纳米化方法的优缺 点及其适用范围进行了对比分析,并对表面纳米化方法的发展前景进行了展望。[关键词]填料;纳米化;进展;方法[中图分类号]TG668 [文献标识码]A [文章编号]1009-9042(2014)03-0073-02 The Research Progress of Surface Nanocrystallization ZHANG Peng ,SHANG Xiao-min ,LIU Xiao-qiu ,PENG Xin-li (College of Food Engineering ,Jilin Teachers Institute of Engineering and Technology ,Changchun Jilin 130052,China ) Abstract :This paper mainly summarizes the surface nanocrystallization method from the physi-cal and chemical methods ;at the same time ,it makes the contrastive analysis toward the ad-vantages and disadvantages of various nanocrystallization methods and its applicable range as well ,and discusses the development prospect of surface nanocrystallization method.Key words :packing ;nanocrystallization ;progress ;method 1前言 纳米材料具有独特的优异性能如高强度、良好的塑性变形能力(包括超塑性)、高比热、高热膨胀系数以及独特的理化性能等引起了人们的高度重视。一直以来,人们对纳米材料进行了广泛而深入的研究。在纳米材料的制备技术、制备方法、性能及其应用领域的探索和拓展等方面都取得了长足的进步。 在此背景下,中国的卢柯与华裔学者吕坚联合提出了结构材料表面纳米化的概念,并被列入国家纳米科技发展规划,2000年国际纳米材料大会的总结报告上被认为是最有可能在结构材料上获得突破的纳米技术之一。 2表面纳米化概念的提出 1998年卢柯和吕坚提出了金属材料表面纳米化的概念。表面纳米化有三种基本方式:第一种是图层表面 纳米化,即在材料表面沉积一层纳米结构的涂层;第二种是自身表面纳米化,即将材料表面层的粗晶组织细化到纳米级形成表面纳米化层;第三种方式是混合型表面纳米化,即以上两种方式的混合。这三种表面纳米化本身都有自身的弱点和优点,因此当这三种表面纳米化的方式一提出就得到了很大的关注。 3表面纳米化方法研究进展 纳米薄膜、粉末有多种制备方法,主要可分为物理方法和化学方法两大类。3.1物理方法 物理气相沉积(PVD )法,真空蒸镀是在真空条 件下,将镀料加热并蒸发,使大量的原子、 分子气化并离开液体镀料表面。 真空蒸镀基本原理是在真空条件下,使金属、金属合金或化合物蒸发,然后沉积在基本表面上,蒸发的方法常用电阻加热,高频感应加热,电子束、激光束、离子束高能轰击镀料,使蒸发成气相,然后沉积

玻璃纤维基础知识

玻璃纤维小知识 1 玻璃纤维是以二氧化硅为主要原料的天然矿物,添加特定的金属氧化物矿物原料,混合均匀后,在高温下熔融,熔融玻璃液流经漏嘴流出,在高速拉引力的作用被牵伸并急速冷却固化成为极细的连续的纤维。 2 玻璃纤维的基本性质 2.1 外观特性 玻璃纤维为表面光滑的圆柱状,截面呈完整的圆形。这主要是成形时熔融玻璃液表面张力所致。有机纤维为非圆形结构的截面,且表面有较深的皱纹。 玻璃纤维圆形截面承受载荷能力强;气体和液体通过阻力小,但表面光滑使纤维的抱合力小,不利于与树脂的结合。 2.2 密度 玻璃纤维密度一般在2.50-2.70 g/cm3,主要取决于玻璃成分。所以有时工厂生产控制时也用密度的变化来考察成分的波动。 2.3 抗拉强度 玻璃纤维的抗拉强度比其他天然纤维、合成纤维要高。 玻璃纤维强度情况比较复杂,通常一些资料中给出的数据是“新生态纤维”的强度,即在漏嘴下直接取出的纤维所测的强度。缠绕在绕丝筒上后强度很快下降。通常认为绕丝筒上纤维的强度低于新生态15%-25%。 格里菲斯微裂纹缺陷理论:玻璃纤维的理论强度取决于分子之间的引力(与玻璃成分和结构有关),其理论强度很高。但由于玻璃纤维中存在着数量不等、尺寸不同的微裂纹,使实际强度大大降低。微裂纹分布在玻璃纤维的整个体积内,但以表面裂纹危害最大,在外力作用下,微裂纹处产生应力集中而发生破坏。 2.3 影响玻璃纤维强度的因素 (1)化学成分:玻璃组成不同,制成的纤维强度也不同。 (2)玻璃纤维的直径:直径越细强度越大。 (3)存放时间增加,强度下降。 (4)玻璃液的缺陷,如化学不均匀、结晶杂质、结石、气泡等影响纤维强度。研究结果认为:当玻璃中存在结晶物时会降低强度,最大降低52%:当存在微小气泡时,强度降低20%,玻璃液质量对保证纤维强度至关重要。 (5)成型温度影响:当温度从1200℃升高到1 370℃,纤维强度可提高一倍。“玻璃是一定状态下的无机物质,这种状态是该物质液态的继续,并与液态类似”,也就是说玻璃是具有液态结构的坚硬材料。由于玻璃纤维是在高速急冷条件下成形,所以具有接近于高温熔体的微观结构。通常说玻璃结构是远程无序,近程有序。近程有序的程度本身取决于熔融玻璃液的温度和从熔融玻璃液冷却为固态的速度,因此玻璃纤维的物理性质不仅受其成分的影响,还受其热历史的影响。 (6)冷却的速度:冷却速度越快,玻璃纤维的结构越接近熔融体的结构,析出的超显微晶体的数量和尺寸越少,缺陷和微裂纹也越少,强度越高。 (7)拉丝张力:拉丝作业不可避免地会产生微裂纹,在拉丝力的作用下每根纤维都受到一定的应力,这种应力作用于先硬化的纤维外壳时就产生了表面微裂纹。减少纤维成形时的张力,有利于提高纤维的强度。 2.4 弹性模量

连续玻璃纤维工业的现状与前景_一_

行业管理 连续玻璃纤维工业的现状与前景(一) 张耀明 高建枢 (中国工程院院士) (教授级高工) 连续玻璃纤维工业奠基于上个世纪的30年代末,经过65年的发展,已形成一门独立的工业体系,目前连续玻璃纤维产品有数千个品种与规格,在国民经济各部门获得5万多种用途,成为现代工业材料家族中重要的一员。 1 世界玻纤工业近况 按照法国圣戈班集团的统计,2000年及2001年全球玻璃纤维总产量均为250万吨(美国PPG的统计显示2000年全球连续玻纤产量为240万吨,两者稍有差异)。按地区划分,这两年玻纤在各地区的产量是不一样的。按照圣戈班的资料,2000年全球250万吨的产量按地区分布如下: 北美洲(美国、加拿大):47%,117 5万吨 欧洲:28%,70万吨 亚洲:23%,57 5万吨 南美等:2%,5万吨 但是2001年,按地区统计的产量为: 北美洲(美国、加拿大):41%,102 5万吨 欧洲:30%,75万吨 亚洲:26%,65万吨 南美等:3%,7 5万吨 从以上两组数字看,北美,主要是美国2001年玻纤工业不景气,与2000年相比降低15万吨,但是亚洲、欧洲均有增长,特别是亚洲的增长势头很大,这其中主要是中国对亚洲地区玻纤成长率增长的贡献。 近年来,受电子工业特别是IT行业不景气的影响,再加上美国9 11事件后对全球经济的冲击,玻纤工业在某些地区,如美国受到较大影响。美国OC公司最近关掉了设在英国雷克萨姆的一家玻纤工厂,PPG也停掉了数座玻纤窑炉。世界最大玻纤细纱生产厂商AGY已处于破产保护状态。据称目前美国玻纤工业生产能力的利用率仅达70%。此外玻纤市场近期价格下跌较大,电子工业用的细纱、短切毡、各种无捻粗纱等大宗产品价格均有大幅下降。 但纵观玻纤工业发展的历史可以看出,全世界的玻纤工业始终是波浪式起伏发展的。 从1987年到1989年曾出现全球性的玻纤供应短缺,导致玻纤产量上升,1989年全球玻纤产量达到创纪录的182万吨。然后随着西方国家的经济衰退,1990年和1991年连续两年全球玻纤产量下降,1991年达到谷底。1992年随着全球经济的好转,玻纤工业开始恢复,到1993年即恢复到1989年的产量水平,1994年开始大幅度上升,全球再次感受到玻纤工业短缺,这种趋势一直延续到1996年,这一年玻纤全球产量达到230万吨。从1997年起玻纤工业产量上升的势头停止,1997年到1999年全球玻纤工业发展缓慢,但从2000年起又再度出现回升之势,后因受IT行业不景气及美国9 11事件的影响,发展趋缓甚至有所下降。但从最近法国JEC复合材 35

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