I Sanitari
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Definizione
Le norme UNI 4542 prevedono la classificazione degli apparecchi
igienico sanitari secondo
• Il materiale di ceramica usato,
• La funzione d'uso
• Caratteristiche costruttive.
Gli apparecchi igienico sanitari sono distinti fra loro per la funzione
d'uso che li caratterizza e che ne condiziona lo sviluppo delle forme.
Vasi
Bidè
Lavabo
Cassetta
Colonna
Piatto doccia
Lavello
Orinatoio
D.Fortuna “Tecnologia ceramica: I Sanitari”, Faenza editrice
Lavatoio
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I materiali
Normalmente i sanitari sono fabbricati con uno dei seguenti tre materiali:
porcellana sanitaria o vitreous-china
gres fine porcellanato o fine fire-clay
gres porcellanato o fire-clay
Sono caratterizzati da proprietà tecnologiche diverse fra loro e ciò giustitica la
diversa utilizzazione che ne viene fatta.
Produzione di apparecchi igienico sanitari come piatti doccia o lavelli sono
normalmente utilizzati materiali come il gres fine porcellanato o il gres
porcellanato.
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I materiali
Porcellana sanitaria o vitreous-china
• Argilla ball clays
20 – 28%
• Caolino
25 – 35%
• Quarzo
17 – 30%
• Feldspato
15 – 23%
• Rottame macinato
3 – 9%
Minore costo
Riduzione del tempo di formatura dello spessore
Ridurre il coetticiente di dilatazione termica ed effetto della trasformazione quarzo
beta-quarzo alfa (riduzione tempo del ciclo)
Smaltato a crudo, con smalto bianco o colorato
Opacizzato con silicato di zirconio (ZrSiO4) e/ o ossido di stagno(SnO)
Dopo la cottura la massa ceramica si presenta bianca compatta ed ha
assorbimento d'acqua non maggiore dello 0,5%
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I materiali
Porcellana sanitaria o vitreous-china
+ Basso valore d'assorbimento d'acqua
+ Elevata resistenza meccanica
+ Ottimo grado di coesione impasto-smalto
+ Maggiore garanzia di igienicità e di durata
- Elevato ritiro
- Alto livello di greificazione
Pregiudicano l'uso nella fabbricazione di manufatti di grandi dimensioni, a causa
delle notevoli deformazioni che si riscontrerebbero in quest'ultimi dopo la cottura
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I materiali
Gres fine porcellanato o fine fire-clay
• Argilla o caolino cotto (chamotte) 40 - 45%
• Caolino
10 - 30%
• Argilla ball clay
20 - 30%
• Quarzo
0 -12%
• Feldspati e fondenti
0 - 7%
Rivestito a crudo con smalto, (o ingobbio più smalto bianco o colorato)
Opacizzato con silicato di zirconio o ossido di stagno
Dopo cottura la massa si presenta a grana media fine avente assorbimento
di acqua non maggiore del 9%.
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I materiali
Gres porcellanato o fire-clay
• Argilla o caolino cotto (chamotte) 40 - 45%
• Caolino
10 - 30%
• Argilla ball clay
20 - 30%
• Quarzo
0 -12%
• Feldspati e fondenti
0 - 7%
Rivestito a crudo con smalto, (o ingobbio più smalto bianco o colorato)
Opacizzato con silicato di zirconio o ossido di stagno
Dopo cottura la massa si presenta a grana media fine avente assorbimento
di acqua non maggiore del 13%.
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I materiali
G.P.Emiliani, F.Corbara,” Tecnologia ceramica: le tipologie”, Faenza editrice
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I materiali
Le argille utilizzate nell'industria degli apparecchi igienico sanitari almeno in
Europa sono quasi esclusivamente del tipo balI clay
• Caolinite
• Quarzo
40 - 95%
1 - 40%
• Miche
• Feldspati
3 - 40%
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Il ciclo
a) Dosaggio materie prime: può
essere eseguito manualmente ed
automaticamente ed a peso o a
volume.
b) Scioglitura di prima e seconda
fase oppure macinazione ad
umido
c) Setacciatura e deferrizzazione
d) Formatura per colaggio
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Il ciclo
e) Essiccamento in essiccatoi
rapidi
f) L'applicazione del marchio ed il
decoro a gran fuoco, come pure la
decorazione a piccolo fuoco, non
sempre sono delle operazioni che
sono costitutive del ciclo produttivo
e possono non essere eseguite.
Anche la ricottura non è una fase
necessaria del ciclo di lavorazione,
soprattutto quando non è richiesta
una qualità molto elevata del
prodotto finito.
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Il ciclo
g) La principale variante, nel caso
di produzione di gres porcellanato,
è rappresentata dalla presenza
della fase dell'ingobbiatura inserita
fra il collaudo e la smaltatura.
L'ingobbio viene normalmente
steso sulla superficie del pezzo nel
caso si produca gres porcellanato,
tale pratica è invece meno
frequente nel caso in cui i sanitari
siano prodotti in gres porcellanato
fine
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Il ciclo
I semilavorati sono stoccati per avere una maggiore elasticità del ciclo
Costi maggiori di gestione
Maggiore quantità di scarti
Nelle nuove tecnologie di produzione gli stoccaggi di semilavorati sono ridotti
a quantitativi minimi
Durata del ciclo viene drasticamente diminuita
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Preparazione dell’Impasto
Scioglitura
Le argille sono disperse in
acqua,
mediante
turbodissolutore, in presenza di
deflocculante fino a raggiungere
una densità di circa 1500-1550
g/l
La quantità di deflocculante da
usare varia generalmente dallo
0,1 allo 0,5% sul peso secco
120-180 rpm
dell'impasto
2-16 m3
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Preparazione dell’Impasto
Alla barbottina delle argille sono aggiunti sotto agitazione le quantità
dosate dei caolini fino a raggiungere una densità di circa 1700 g/l; per
favorire la dispersione si aggiungono ulteriori quantità di acqua e di
deflocculante
Alla barbottina delle materie plastiche sono aggiunti sotto agitazione gli
inerti e i fondenti, predosati, fino a raggiungere la densità di lavoro cioè
quella usata nel colaggio (circa 1800 -1810 g/l); anche in questo caso per
favorire la dispersione sono aggiunti acqua e deflocculante
Deferizzazione magnetica e setacciatura di controllo su setaccio di 10001050 maglie/cm2
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Preparazione dell’Impasto
Stoccaggio della barbottina
Lo stoccaggio viene fatto in delle grandi cisterne in cemento interrate o in acciaio inox, dotate di
un organo di agitazione lento (9-12 giri/min), del tipo a pale o a rastrello che serve ad impedire
la sedimentazione soprattutto delle particelle non plastiche e a migliorare l'omogeneità della
barbottina.
La stagionatura comporta una variazione delle proprietà reologiche: in particolare si ha un
leggero aumento di fluidità della barbottina mentre la tissotropia diminuisce.
Eliminazione delle bolle di aria
Una barbottina dopo 5-6 giorni d'invecchiamento non può più essere colata senza correggerla
con aggiunte di slip nuovo.
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Modello
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Modello
Dai disegni si passa alla realizzazione manuale del modello che è una
riproduzione in gesso in scala 1:1, aumentata del ritiro totale, del pezzo finito
che si vuole produrre.
Con il primo stampo viene prodotto uno, o più pezzi
Se il pezzo presenta delle anomalie imputabili alla modellazione si procede
alla modifica del modello, alla fabbricazione del nuovo primo stampo ed
all'operazione di verifica.
Questo processo di correzione per approssimazioni successive, che può
essere molto lungo e per forme molto nuove e complesse si può ripetere
anche 6-7 volte
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Modello
Tecniche CAD/CAE e con la tecnica CAM che prevede la realizzazione del
modello
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Modello
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Modello
Gli stampi vengono prodotti
• In gesso [Solfato di calcio semiidrato (CaSO4·1/2 H2O)]
Tempi di colaggio maggiori (1-2 colaggi/gg)
Durate dello stampo inferiori
• In resina
Tempi di colaggio minori (20 colaggi/turno)
Durate dello stampo maggiori (migliaia di colaggi)
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Modello
Una diminuzione del
rapporto gesso/acqua
porta a uno stampo
+ Porosità
- Densità
- Proprietà meccaniche
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Formatura
L'operazione di formatura
degli articoli igienicosanitari, siano essi in
porcellana sanitaria che in
gres, viene eseguita
esclusivamente per
colaggio
Forme
complesse
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Formatura
a spessore libero o a vuoto
a spessore obbligato
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Formatura
A spessore libero o a vuoto
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Formatura
In realtà nella pratica industriale quasi tutti i pezzi foggiati sono
interessati da un colaggio misto, parte a spessore libero, parte a
spessore obbligato.
Nel primo caso l'eccesso di barbottina viene drenato dallo stampo e può
essere riutilizzata. Le proprietà reologiche della barbottina all'atto dello
svuotamento condizionano enormemente la qualità del pezzo colato
soprattutto quanto a:
- presenza di sgocciolature o di accumuli di barbottina semiliquida non
drenata
- creazione di disomogeneità di spessore e/o di umidità nel corpo
ceramico. Nel caso di colaggio a spessore obbligato lo strato solido
d'impasto si forma contemporaneamente sulle 2 facce dello stampo; non
ci sarà quindi drenaggio di barbottina.
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Formatura
E' quindi necessario che gli spessori liberi e quelli obbligati siano
"compatibili" fra loro per evitare difetti di essiccamento e/o di cottura.
Lo spessore obbligato è caratterizzato da una distribuzione dell'umidità
molto diversa da quella riscontrabile in uno strato formato a spessore
libero.
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Formatura
In tempi passati per il colaggio si faceva esclusivamente uso di stampi in
gesso ("colaggio tradizionale“)
Più recentemente l'utilizzazione di gessi speciali e resine microporose ha
reso possibile la fabbricazione di stampi ad alta resistenza meccanica
che permettono l'esecuzione del colaggio in pressione (media o alta)
Pressioni medie 0,4 – 0,7 MPa
Pressioni alte
1,2 – 1,5 MPa
Valori più alti generano problemi nella tenuta degli stampi stessi
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Formatura
Colaggio tradizionale
Stampi in gesso poroso
Stampi asciutti e di grosso spessore
Con sospensioni molto viscose il colaggio può essere facilitato da un
innalzamento di temperatura
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Formatura
Effetto della temperatura e della pressione
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Formatura
Colaggio sotto pressione
La barbottina viene immessa sotto pressione nelle cavità dello stampo
La pressione accelera il rassodamento dell'impasto
Filtrazione da parte del materiale poroso dello stampo prima e dello
spessore di materiale formatosi poi
Richiesta di una elevata resistenza meccanica degli stampi
Per le medie pressioni si usano stampi di gesso opportunamente
rinforzati o stampi in resina microporosa
Per le pressioni alte è necessario usare stampi in resina microporosa
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Formatura
Effetto della pressione
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Formatura
Colaggio sotto pressione
Gli stampi in resina possono essere riutilizzati per più di 10.000 volte e
assicurano una riproduzione del prototipo così fedele da richiedere
pochi e limitati interventi di rifinitura.
Nella produzione in serie gli stampi sono raggruppati e serrati gli uni
contro gli altri in una struttura simile ad una filtropressa che sopporta
meglio le notevoli pressioni applicate.
Tutto il processo di colaggio sotto pressione può essere automatizzato
al massimo e integrarsi molto bene con le fasi, già automatizzate da
tempo, a valle del reparto di foggiatura.
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Formatura
Vantaggi
Riduzione dei tempi occorrenti per la formazione di uno spessore
Maggiore densità e uniformità e quindi con maggior resistenza
meccanica a crudo
Minore contenuto di acqua nei manufatti e quindi riduzione dei tempi di
essiccamento e dell'energia impiegata;
Riduzione del ritiro sia in essiccamento che in cottura, con conseguente
minor rischio di deformazioni e rotture;
Riduzione del lavoro di finitura e spugnatura;
Possibilità di eseguire più colaggi nell'arco della stessa giornata
Riduzione della manodopera e degli spazi occupati dai macchinari;
Miglioramento delle condizioni di lavoro non essendo necessarie
particolari condizioni termo-igrometriche nell'ambiente.
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Formatura
Svantaggi
Maggiore investimento per l’impianto
Maggiore costo degli stampi
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Formatura
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Formatura
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Formatura
Effetto del tempo
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Formatura
Spessore in mm
Effetto della granulometria
% particelle < 1mm
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Formatura
Effetto della composizione: la chamotte
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Formatura
Effetto della composizione: il caolino
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Formatura
Effetto della reologia : la viscosità
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D.Fortuna,” Tecnologia ceramica: I sanitari”, Faenza editrice
Formatura
Effetto della reologia : la tissotropia
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D.Fortuna,” Tecnologia ceramica: I sanitari”, Faenza editrice
Formatura
Effetto della reologia : la tissotropia
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D.Fortuna,” Tecnologia ceramica: I sanitari”, Faenza editrice
Formatura
Effetto della reologia : la tissotropia
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D.Fortuna,” Tecnologia ceramica: I sanitari”, Faenza editrice
Formatura
Effetto della reologia : la tissotropia
Tissotropia
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Formatura
Effetto della pressione
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Formatura
Effetto della pressione
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Formatura
Effetto della pressione
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Formatura
Basso contenuto di acqua
Densità non inferiore a 1650 g/litro
La formazione dello spessore di pasta prima che lo stampo, impregnatosi di acqua, saturi
le proprie capacità di assorbimento (nel colaggio a pressione normale), o perché la
formatura avvenga in tempi relativamente brevi (nel colaggio sotto pressione)
Bassa viscosità per riempire le cavità dello stampo o per defluire rapidamente dallo stesso
nella fase di svuotamento in modo da non produrre sovraspessori
Aggiunta alla barbottina, in fase di preparazione, di deflocculanti (carbonati e i silicati sodici
o miscele di entrambi, vari preparati commerciali a base di sostanze organiche come
poliacrilati e gli umati)
Costruzione di una curva di deflocculazione
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Formatura
Nei sistemi con stampi in resina
la sformatura è svolta da
impianti automatici
Successivamente ogni pezzo è
rifinito manualmente
Segue l’essiccamento in
essiccatoi intermittenti o
continui che operano in
condizioni di umidità e
temperatura controllate
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Essiccamento
Nei processi di essiccamento più recenti si applicano tecniche diverse:
Evaporazione sotto vuoto
Evaporazione per riscaldamento mediante microonde ed essiccamento
mediante flusso di aria calda
Ritiro 1,5-3% circa
Prima dell’applicazione dello smalto ogni pezzo è ispezionato per valutare la
presenza di difetti
pennellature di cherosene
I manufatti scartati sono inviati al recupero del materiale.
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Essiccamento
L'utilizzo delle microonde è molto più efficace di quello dei raggi infiarossi, in
quanto interessa tutto il corpo ceramico indipendentemente dal suo spessore
L'impasto e sostanzialmente trasparente alle microònde non essendo in
genere costituito da materiale polarizzato, mentre l'acqua è caratterizzata da
un forte assorbimento
L'energia impiegata nell'orientazione dei dipoli di acqua si trasforma in calore
che porta ad una veloce ed efficace evaporazione
Abbinamento con la tecnica del sottovuoto
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Smaltatura
APPLICAZIONE DELL'INGOBBIO.
Sanitari in gres, prima della smaltatura viene applicato l'ingobbio (peso
specifico 1,550-1,650 Kg/l)
Fra l'ingobbiatura e la smaltatura è necessario essiccare
questo può essere eseguito in un piccolo tunnel, dove viene immessa aria
calda, se si opera con una giostra di smaltatura
In quest'ultimo caso è molto importante la finezza delle particelle che
costituiscono l'ingobbio: se esse sono troppo tini aumenta il tempo
dell'essiccamento.
L'ingobbio viene applicato quasi sempre in un'unica passata con
spessori che variano da 0,2 a 0,3 mm.
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Smaltatura
Molti difetti (strappi sullo smalto, sollevamento di piccole zone di ingobbio
e smalto) si evidenziano soltanto dopo cottura e sono imputabili a
distacchi parziali del l'ingobbio dal supporto o a ritiri differenziali fra
impasto-ingobbio e smalto al crescere della temperatura.
Per quanto riguarda il problema dell'elasticità e dell'adesione dell'ingobbio
all'impasto è spesso necessario ricorrere all'uso di leganti e/o plastificanti
diversi dalle normali carbossimetilcellulose, dosati anche in quantitativi
non trascurabili (anche oltre l'1% in peso).
L'invetriatura è eseguita sui pezzi secchi per spruzzatura manuale o
robotizzata, eventualmente in due fasi per conseguire l'ancoraggio di un
consistente spessore di rivestimento
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Smaltatura
SMALTATURA MANUALE
.
SMALTATURA AUTOMATIZZATA
DECORAZIONE A GRAN FUOCO
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Smaltatura
SMALTATURA MANUALE
Sia i sanitari in porcellana che quelli in gres, ingobbiati o no, sono smaltati a
spruzzo a mezzo idonei aerografi
La scelta di questa soluzione è motivata dalla forma e dalla dimensione dei
sanitari crudi che rendono inattuabili altre tecniche di smaltatura
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Smaltatura
SMALTATURA AUTOMATIZZATA
- robotizzata
Aerografi mossi da robot
- elettrostatica
Smalto e pezzo sono caricati con carica diversa (100.000 volts)
Superfici uniformi
Alta produtività
Costo dell’impianto elevato (3.000pz/gg)
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Smaltatura
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Smaltatura
DECORAZIONE A GRAN FUOCO
Applicazione sullo smalto crudo di marchi di fabbrica, di filetti colorati o altri
motivi decorativi
Attaccare sullo smalto delle decalcomanie per alte temperature tramite un
apposito collante intermedio
Inalterabilità del decoro che è, dopo cottura, un tutt'uno con lo smalto
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Cottura
Cottura tradizionale
Cottura rapida
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Cottura
Ciclo di cottura
tradizionale
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Cottura
Ciclo di cottura
rapido
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Cottura
Argille a basso contenuto di sostanze organiche
Solfati e carbonati
Fondenti ricchi di alcali e a bassa granulometria
nefelina-sienite (KNa3(AlSiO4)4 , feldspato sodio-potassioco con piccole
aggiunte di talco (1-2%)
Quarzo a bassa granulomatria
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Cottura
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Cottura
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Difetto
Di colaggio
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Difetto
Dello smalto: effetto della tensione superficiale
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Difetto
Dello smalto: da smalto
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