Renforcement du Verre

Dévoile les subtilités du durcissement du verre, un processus indispensable dans le monde d'aujourd'hui. Comprends bien le concept, sa pertinence et les différentes étapes du processus. Cette lecture éclairante élucide les diverses utilisations du verre trempé dans la maison, l'architecture, l'industrie et la sécurité, et dévoile en même temps les procédures complexes de trempe chimique et thermique du verre. Tu découvriras les équipements essentiels à la trempe du verre et leur fonctionnement en toute sécurité, tout en explorant les techniques d'avant-garde et les tendances futures dans ce domaine crucial. Prépare-toi à une promenade éclairante dans le défi et l'innovation que constitue le processus de trempe du verre.

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    Comprendre le concept : Le durcissement du verre

    Le durcissement du verre, également connu sous le nom de trempe, est un processus crucial qui améliore la résistance et les caractéristiques de sécurité du verre. En chauffant et en refroidissant rapidement le verre, tu peux transformer un matériau habituellement fragile en un matériau très résistant et robuste. Le verre trempé peut résister à une pression élevée, à des changements de température spectaculaires et à des chocs violents, ce qui réduit la probabilité de blessures causées par la casse.

    Durcissement du verre : Un processus de traitement thermique qui modifie les propriétés physiques du verre afin d'augmenter sa résistance, sa durabilité et ses caractéristiques de sécurité en cas de bris.

    Déterminer la pertinence et la nécessité de la trempe du verre

    Le processus de trempe du verre est d'une importance considérable dans diverses industries, notamment la construction, l'automobile, l'électronique et l'électroménager. L'objectif principal de ce processus est d'améliorer la durabilité du verre et de s'assurer qu'il peut résister à des tensions importantes sans se briser. Lorsque le verre trempé se brise, il le fait en petits morceaux plutôt qu'en éclats tranchants, ce qui réduit considérablement les dommages potentiels.

    Prenons l'exemple d'un pare-brise de voiture. Il est primordial qu'un pare-brise puisse résister aux vents violents, aux changements climatiques et aux chocs soudains. La fabrication de pare-brise en verre trempé garantit que ce composant essentiel peut résister à de telles conditions tout en assurant la sécurité des passagers. En cas de bris, il s'effrite en petits granulés qui risquent moins de causer de graves blessures que les éclats de verre.

    Étapes du processus de trempe du verre

    Le durcissement du verre n'est pas un phénomène qui se produit du jour au lendemain ; il nécessite plusieurs étapes contrôlées avec précision. Ici, tu vas les explorer en détail.
    • Découpe et mise en forme : Dans un premier temps, le verre est découpé à la forme souhaitée et tout perçage ou travail sur les bords est effectué.
    • Inspection : Il s'agit de vérifier que le verre ne présente pas d'imperfections susceptibles de le briser pendant la trempe.
    • Lavage : le verre est lavé pour enlever la poussière et la saleté qui pourraient gêner le processus de trempe.
    • Chauffage : Le verre entre dans un four de trempe où il est chauffé à des températures avoisinant généralement 620° C.
    • Contrainte : Le refroidissement rapide du verre induit une contrainte de compression à sa surface tandis que l'intérieur reste en tension.
    Pour la trempe, la formule selon ASTM C1048 pour calculer la compression de surface (SC) est : \[ \textbf{SC} = \textbf{Épaisseur} \time (\textbf{Module de rupture}) \time (1-\textbf{Rapport de Poisson}) \time 0,5 \] La trempe du verre est un processus spécialisé qui exige un contrôle de la qualité constant et une manipulation professionnelle. En comprenant ce processus, tu peux non seulement te faire une idée des méthodes de fabrication complexes qui se cachent derrière les objets de tous les jours, mais aussi réaliser le rôle crucial que joue l'ingénierie des matériaux dans la création de produits plus sûrs et plus efficaces.

    Savais-tu que le processus de trempe ne rend pas seulement le verre plus sûr, mais qu'il affecte également ses propriétés optiques ? Le verre trempé semble moins clair et légèrement déformé par rapport au verre ordinaire, en raison des contraintes introduites pendant le processus de trempe.

    Présentation des utilisations du verre trempé

    Le verre trempé, un composant essentiel dans divers secteurs tels que l'architecture, la fabrication d'équipements industriels et la production d'équipements de sécurité, répond à des paramètres critiques de conception et de sécurité. Sa plus grande résistance, sa résilience aux variations de température et la façon unique dont il se fracture lorsqu'il se casse le rendent adapté à une myriade d'applications innovantes.

    Maison et architecture : Diverses utilisations du verre trempé

    Dans les maisons et les constructions architecturales, le verre trempé joue un rôle clé en raison de sa durabilité et de sa clarté esthétique. Voici comment il est employé dans diverses applications architecturales :
    • Portes et fenêtres: Le verre trempé est un excellent choix pour les portes et les fenêtres étant donné sa capacité à résister à des charges de vent élevées. Il offre une vue claire tout en assurant la sécurité.
    • Cabines de douche: Les salles de bains utilisent le verre trempé dans les cabines de douche, ce qui leur confère un aspect moderne et épuré tout en étant sûr et durable.
    • Passerelles et planchers: Grâce à sa grande résistance, le verre trempé est parfait pour les passerelles, les planchers et les escaliers.
    Le verre trempé intéresse également le monde de l'architecture en raison de sa compatibilité avec les techniques de construction modernes telles que la "fixation par araignée" - un mécanisme dans lequel les panneaux de verre sont maintenus ensemble par d'élégantes araignées et rotules en acier inoxydable.

    Utilisations industrielles : Le verre trempé dans la fabrication

    Dans les scénarios industriels, le verre trempé occupe le devant de la scène pour sa robustesse et sa résistance aux conditions de haute température. Il est ainsi incorporé dans de multiples domaines :
    • L'industrie automobile: Les vitres des véhicules, en particulier celles de l'avant et de l'arrière, sont généralement fabriquées à partir de ce verre en raison de sa capacité à se briser en morceaux inoffensifs en cas d'impact, ce qui minimise les blessures.
    • Applications électroniques: Le verre trempé est largement utilisé dans les écrans de mobiles, les moniteurs d'ordinateurs et les écrans de télévision en raison de sa propriété de résistance aux rayures.
    • Appareils de cuisine: La résistance thermique du verre trempé en fait un matériau idéal pour les portes de four et autres équipements de préparation d'aliments à haute température.
    Il est intéressant de noter que l'incorporation du verre trempé dans les panneaux solaires, en raison de son excellente transmission de la lumière et de sa durabilité, facilite la production d'énergie renouvelable, contribuant ainsi à un avenir durable.

    Sûreté et sécurité : L'avantage du verre trempé

    Lorsque la sûreté et la sécurité sont d'une importance capitale, le verre trempé entre en jeu grâce à ses caractéristiques de rupture uniques. Même lorsqu'il est cassé, il se brise en petits fragments relativement inoffensifs, contrairement au verre ordinaire qui se brise en éclats tranchants. De telles propriétés font du verre trempé un support souhaitable pour les lunettes de sécurité, les garde-corps en verre, le verre pare-balles et même les structures résistantes aux catastrophes. Cette utilisation s'étend également au verre résistant au feu utilisé dans les bâtiments en raison de sa capacité réduite de conduction de la chaleur. En outre, les fabricants produisent de plus en plus de verre trempé feuilleté de sécurité, dans lequel deux ou plusieurs vitres de verre trempé sont fusionnées à l'aide d'une couche intermédiaire en plastique. Une telle approche renforce encore les caractéristiques de sécurité en garantissant que, même s'ils sont brisés, les fragments de verre restent collés au plastique, ce qui les empêche de se disperser et de causer des blessures. Des applications domestiques aux utilisations industrielles et aux solutions de sécurité, les contributions du verre trempé sont d'une grande portée et d'une clarté éclatante. En comprenant la profondeur de son utilisation, tu peux apprécier l'impact remarquable de l'ingénierie des matériaux sur la vie quotidienne.

    Révéler le processus de trempe du verre

    Si le processus de transformation du sable en verre est tout à fait fascinant, la transformation du verre ordinaire en verre trempé ne l'est pas moins. Il s'agit de manipuler la structure interne du verre pour améliorer considérablement sa résistance. Les deux principaux moyens d'y parvenir sont la trempe thermique et la trempe chimique. Essentiellement, les deux méthodes consistent à induire un état de forte compression à la surface du verre, tandis que l'intérieur reste en tension.

    Aperçu détaillé du processus de trempe chimique du verre

    Latrempe chimique du verre est une méthode fascinante employée pour améliorer la résistance et la durabilité du matériau. Ce processus consiste à remplacer les petits ions du verre par des ions plus importants provenant d'un bain chimique, généralement un bain de sel de potassium fondu.

    Durcissement chimique du verre : Un processus complexe qui implique l'échange d'ions de sodium plus petits dans le verre avec des ions de potassium plus grands provenant d'un bain chimique, augmentant ainsi la compression sur la surface et entraînant une augmentation de la résistance du verre.

    Le verre est chauffé à environ 400 degrés Celsius, ce qui permet aux ions de sodium de quitter leur position dans le verre. Une fois que les ions sodium migrent vers la surface du verre et sont ensuite remplacés par les ions potassium plus gros du bain, ils créent une couche de compression sur la surface du verre.

    Rôle des produits chimiques dans la trempe du verre

    Dans la trempe chimique, les espèces réactives sont les ions sodium du verre et les ions potassium du bain. Ce sont les principaux acteurs qui dirigent le processus d'échange d'ions qui aboutit au verre trempé.
    • Ions sodium : Le verre, principalement composé de silice, contient également des ions plus petits et mobiles tels que le sodium. Lorsqu'ils sont chauffés, ces ions peuvent se déplacer de leur emplacement initial.
    • Ions de potassium : Lorsqu'il est immergé dans un bain de potassium, le verre chauffé permet aux ions potassium - qui sont plus gros que les ions sodium - de remplacer les ions sodium à la surface du verre.
    Le processus peut être visualisé à l'aide de la formule suivante : \[ \begin{align*} \text{Na ions in glass}] + \text{Ions K dans le bain} &\rightarrow \text{Ions K dans le verre} + \text{Ions Na dans le bain} \end{align*} \]

    Avantages et inconvénients de la trempe chimique du verre

    Bien que la trempe chimique améliore la résistance du verre, elle présente un ensemble d'avantages et d'inconvénients :
    AvantagesInconvénients
    Résistance mécanique et thermique supérieure à celle du verre non traitéPlus cher en raison du coût des produits chimiques et de l'énergie
    Ne déforme pas la forme du verreProcessus qui prend du temps
    Permet de tremper des formes complexesLimites de taille pour le bain chimique
    Convient aux petits objets en verreNe convient pas à la production en grande série

    Découvre le processus de trempe thermique du verre

    Le durcissementthermique ou la trempe du verre, une autre solution pour rendre le verre résistant à la casse, fonctionne en créant un état de compression à la surface du verre. Ce résultat est obtenu par un chauffage extrême suivi d'une procédure de refroidissement soudaine et rapide. La procédure laisse l'intérieur du verre dans un état de tension tandis que l'extérieur se solidifie plus tôt sous l'effet de la compression, équilibrant ainsi la tension interne.

    Trempe thermique du verre : Une procédure de traitement thermique dans laquelle le verre est d'abord chauffé à une température élevée puis rapidement refroidi, induisant un état de compression à la surface du verre et de tension à l'intérieur, améliorant ainsi la résistance et la durabilité globales.

    Introduction de la chaleur dans la trempe du verre

    Dans le processus de trempe thermique, le rôle de la chaleur est essentiel. Le verre est soumis à des températures extraordinairement élevées - environ 620 degrés Celsius - presque proches du point de ramollissement du verre. Ce processus de chauffage est soigneusement contrôlé pour éviter toute rupture due à un choc thermique. Après avoir été chauffé, le verre est ensuite soumis à un refroidissement rapide et uniforme, généralement facilité par la projection d'air sur les deux côtés du verre. Le processus de refroidissement brutal entraîne la contraction et la solidification de la couche extérieure du verre avant l'intérieur, ce qui produit un état de compression à la surface du verre, tandis que l'intérieur, qui se refroidit plus lentement, est soumis à une tension.

    Quelle est l'efficacité de la trempe thermique du verre ?

    La trempe thermique du verre transforme efficacement le verre standard en un produit de sécurité. Elle renforce la solidité et la résistance du verre aux contraintes mécaniques et thermiques. Simultanément, lorsque le verre finit par se briser, il le fait d'une manière qui réduit considérablement le risque de blessure - il s'effrite en petits fragments aux arêtes émoussées plutôt qu'en éclats tranchants et dangereux.
    Solidité5 fois plus résistant que le verre standard
    Résistance aux contraintes thermiquesPeut supporter des différences de température élevées appliquées aux deux surfaces.
    SécuritéSe brise en petits morceaux semblables à des cubes, ce qui réduit les risques de blessure.
    Cependant, le processus de trempe thermique ne peut pas être utilisé pour tout le verre : une fois que le verre a été trempé thermiquement, il ne peut pas être retravaillé. Cela signifie en fait que toutes les modifications nécessaires, telles que le découpage, le perçage ou le travail des arêtes, doivent être effectuées avant le processus de trempe. En effet, les processus de trempe chimique et thermique du verre sont à la fois fascinants et cruciaux dans leur droit respectif. Ils transforment le produit fragile de tous les jours en un matériau plus solide et plus sûr, adapté à une myriade d'applications, de protections et d'industries.

    Équipement essentiel pour la trempe du verre

    La procédure de trempe du verre nécessite des types d'équipement spécifiques, chacun conçu pour gérer et contrôler efficacement la séquence complexe d'étapes qui caractérise le processus de trempe du verre. La compréhension de ces composants et de leurs fonctions constitue une partie essentielle de l'acquisition d'une perspective holistique sur la fabrication du verre trempé.

    Composants clés de l'équipement de trempe du verre

    Au cœur du processus de trempe se trouvent plusieurs composants de machines de pointe, chacun étant conçu pour accomplir une tâche spécifique. Les principaux composants impliqués dans le processus de trempe du verre sont la table de chargement, le four de chauffage, la station de trempe et la table de déchargement. La table de chargement est le point de départ, où les feuilles de verre sont placées avant de passer dans le four. Certains types avancés sont équipés de chargeurs automatisés, assurant des opérations rapides et rationalisées. Le four de chauffage est le point central du processus de trempe thermique, où le verre est chauffé à une température élevée, presque proche de son point de ramollissement. Les fours peuvent atteindre des températures d'environ 620 degrés Celsius, et leur intérieur est souvent tapissé de matériaux réfléchissant la chaleur pour rendre le processus de chauffage plus efficace. La station de trempe, également connue sous le nom de section de refroidissement, est l'endroit où le verre chauffé est exposé à un traitement de refroidissement rapide, conduisant à sa trempe. Cette phase est exécutée en soufflant de l'air sur les deux côtés du verre, ce qui permet de le refroidir rapidement et uniformément. La table de déchargement est la dernière étape de la séquence ; c'est là que le verre trempé est collecté. Tout comme l'étape de chargement, le déchargement peut également être automatisé pour plus d'efficacité et de sécurité. La combinaison de ces machines a conduit à la production d'un matériau robuste et résistant, reconnu pour ses caractéristiques de sécurité et que l'on retrouve dans une multitude d'applications.

    Mesures de sécurité et entretien de l'équipement de trempe du verre

    Étant donné la nature à haute température du processus de trempe du verre, les mesures de sécurité, l'entretien régulier et le nettoyage approfondi de l'équipement font partie intégrante de l'exécution. Les mesures de sécurité comprennent le port de vêtements de protection, la mise en place de barrières de sécurité autour du four, l'utilisation de la machine conformément aux directives du fabricant, la formation adéquate à l'utilisation et la surveillance régulière de l'état du four pour éviter toute surchauffe ou tout dysfonctionnement. L'entretien régulier de la machine est également essentiel pour assurer un fonctionnement optimal. Le four doit être nettoyé fréquemment pour éviter la contamination par les résidus et les particules qui peuvent affecter la qualité du verre. La lubrification des pièces mobiles est essentielle pour éviter leur usure excessive, et une vérification régulière des systèmes de soufflerie et de refroidissement est nécessaire pour les maintenir en parfait état de fonctionnement. Ces mesures, lorsqu'elles sont mises en œuvre, permettent de sécuriser les opérations, de promouvoir un environnement de travail sûr et d'assurer la longévité des machines de trempe, contribuant ainsi à l'efficacité globale du processus.

    Variétés d'équipements de trempe du verre et leurs utilisations

    Le marché de l'équipement de trempe du verre offre différentes variétés de machines, chacune conçue pour répondre à des demandes de production et à des types de verre spécifiques.Équipement de trempe horizontale: Il s'agit de la variété la plus courante, où le verre se déplace horizontalement à travers la ligne de traitement. Ils sont généralement utilisés pour le verre de grande taille et sont disponibles dans différentes configurations en fonction de la taille et de l'épaisseur du verre.Équipement de trempe verticale: Ici, la feuille de verre est manipulée dans une orientation verticale, ce qui réduit l'encombrement de l'équipement et en fait un choix approprié dans les scénarios où l'espace est limité. Ces équipements sont utilisés pour les petites tailles de verre et pour la production de verre bombé.Équipement de trempe par lots: Ce type d'équipement convient aux opérations personnalisées, à petite échelle, où différentes formes et tailles de verre peuvent être trempées en lot, ce qui offre une grande souplesse d'utilisation.Équipement de trempe spécialisé: Ces types d'équipement sont conçus pour des applications spécifiques telles que la trempe du verre revêtu, la production de verre feuilleté de sécurité ou la fabrication de verre résistant au feu. Comprendre les offres et l'adéquation de ces différents types de machines peut aider à prendre des décisions rationnelles lors de la mise en place des opérations, en te guidant pour réserver l'équipement qui correspond le mieux à tes exigences en matière de production de verre.

    Explorer les techniques avancées de trempe du verre

    La trempe du verre est un sujet essentiel dans le domaine de l'ingénierie et de la science des matériaux. Les progrès technologiques ont considérablement contribué à l'évolution de ce processus, favorisant la création de produits en verre plus solides et plus sûrs. Ces progrès sont principalement liés aux méthodes de trempe chimique et thermique, et les tendances novatrices actuelles laissent présager des améliorations futures imminentes.

    Progrès dans la trempe chimique et thermique du verre

    Les techniques de trempe chimique et thermique sont essentielles pour produire du verre robuste et durable. Dans le domaine de la trempe chimique, l'échange d'ions est la méthode principale et la plus efficace. Le processus consiste à remplacer les petits ions de sodium dans la structure du verre par des ions de potassium plus grands, généralement en immergeant le verre dans un bain de nitrate de potassium. Cela entraîne la précipitation d'une contrainte de compression à la surface du verre et d'une tension au centre, ce qui améliore la solidité et la résistance à la rupture. Contrairement aux méthodes traditionnelles, les progrès récents permettent maintenant de personnaliser les processus d'échange d'ions en ajustant des paramètres tels que la température du bain, la durée d'immersion et la concentration d'ions. Par exemple, l'utilisation d'une température élevée facilite une pénétration plus profonde des ions, ce qui renforce encore le verre. En outre, de nouveaux développements dans la science des matériaux, tels que l'utilisation de verre aluminosilicaté, ont ouvert la voie au renforcement de panneaux de verre plus minces, ce qui était autrefois un défi. Le thème de la trempe thermique ou du durcissement a également évolué. Dans la trempe thermique, le verre est chauffé à un niveau proche de son point de ramollissement et rapidement refroidi, ce qui précipite la formation de contraintes dans le verre et permet d'obtenir des produits plus résistants. Contrairement aux méthodes précédentes, des techniques avancées permettent aujourd'hui de mieux contrôler le processus de chauffage et de refroidissement, ce qui permet d'obtenir des contraintes plus équilibrées et, par conséquent, une plus grande ténacité. L'une de ces avancées est la "trempe à l'air", qui consiste à utiliser des jets d'air pour refroidir uniformément la surface du verre. Avec l'apparition d'équipements contrôlés par ordinateur, la vitesse de refroidissement peut maintenant être ajustée avec précision, ce qui permet une induction plus précise des contraintes. En outre, l'introduction de fours à convection a facilité la trempe des verres revêtus, qui était auparavant difficile en raison de leur faible émissivité. De plus, de nouvelles méthodes telles que la "trempe au laser" et le "chauffage par résistance électrique" ont fait leur apparition. La trempe au laser permet un traitement localisé, utile pour les dessins complexes, tandis que le chauffage par résistance électrique permet un chauffage uniforme et une consommation d'énergie efficace.

    Innovation et tendances futures dans la technologie de trempe du verre

    Face à des besoins progressifs, la technologie a joué un rôle déterminant dans l'évolution des techniques de trempe du verre. De nombreuses tendances récentes laissent entrevoir des percées prometteuses et convaincantes à l'horizon, notamment l'exploration de la nanotechnologie dans le domaine de la trempe du verre. L'introduction de particules de taille nanométrique dans la structure du verre a montré qu'il était possible d'améliorer la résistance à la rupture et aux rayures. En outre, les progrès des techniques de modification des surfaces à l'échelle nanométrique proposent d'améliorer la liaison verre-métal, ouvrant ainsi la voie à la fabrication d'appareils durables et robustes à base de verre. La recherche sur l'autoréparation ou le verre autonome présente une autre perspective intrigante. Cette technologie utilise des matériaux et des techniques qui déclenchent des mécanismes de réparation automatique en cas de dommages mineurs, prolongeant ainsi la durée de vie du produit en verre. Le buzz autour de la technologie Smart Glass a apporté des fonctionnalités dynamiques à la table. Le verre "intelligent" ou "commutable" a la capacité de changer ses propriétés de transmission de la lumière en réponse à un stimulus externe comme la chaleur, la lumière ou l'électricité. Les exemples incluent le verre électrochrome (aspect changeant de couleur) et le verre thermochrome (réagit à la température) qui pourraient révolutionner l'avenir des applications architecturales, automobiles et aérospatiales. Enfin, l'intégration de l'intelligence artificielle (IA) et de l'apprentissage automatique (ML) dans la chaîne de production de la trempe du verre est une tendance émergente. Cette transformation numérique vise à améliorer l'efficacité opérationnelle et la qualité des produits, à prédire et à atténuer les défauts de fabrication, et à rationaliser l'ensemble du processus de trempe. Ces évolutions soulignent l'avenir des techniques de trempe du verre, promettant de les façonner et de les transformer en un domaine plus avancé, plus efficace et plus sophistiqué.

    Trempe du verre - Principaux enseignements

    • Verre trempé : Un type de verre connu pour sa résistance et sa sécurité, largement utilisé dans l'architecture, les applications industrielles et les solutions de sécurité.
    • Utilisations du verre trempé : Le verre trempé est utilisé dans les structures architecturales telles que les portes, les fenêtres, les cabines de douche, les planchers, etc. ; dans l'industrie automobile pour les vitres des véhicules ; dans les applications électroniques telles que les écrans de téléphones portables et les moniteurs d'ordinateurs ; et dans les appareils de cuisine tels que les portes de four.
    • Processus de durcissement du verre : Le processus qui transforme le verre ordinaire en verre trempé en manipulant sa structure interne.
    • Trempe chimique du verre : Un processus complexe qui améliore la résistance et la durabilité du verre en échangeant des ions sodium plus petits dans le verre avec des ions potassium plus grands provenant d'un bain chimique.
    • Durcissement thermique du verre : Une méthode pour améliorer la résistance du verre à la casse en créant un état de compression sur la surface du verre par un chauffage extrême et un refroidissement rapide.
    • Équipement de trempe du verre : Équipement spécialisé utilisé dans le processus de trempe du verre, y compris la table de chargement, le four de chauffage, la station de trempe et la table de déchargement.
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    Questions fréquemment posées en Renforcement du Verre
    Qu'est-ce que le renforcement du verre en ingénierie?
    Le renforcement du verre est une méthode utilisée pour augmenter la résistance et la durabilité du verre en utilisant différents traitements mécaniques ou chimiques.
    Pourquoi renforcer le verre?
    Renforcer le verre permet d'améliorer sa résistance aux chocs, de réduire les risques de fractures, et d'augmenter sa sécurité et sa durabilité dans diverses applications.
    Quels sont les types de verre renforcé?
    Les types de verre renforcé incluent le verre trempé, le verre feuilleté et le verre traité chimiquement, chacun ayant des propriétés spécifiques adaptées à diverses utilisations.
    Comment le verre est-il renforcé chimiquement?
    Le renforcement chimique du verre implique un échange ionique entre le verre et une solution saline, ce qui augmente la résistance en créant des couches compressives à la surface.

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