汽车用非金属材料简.docx
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汽车用非金属材料简
汽车用非金属材料
内容：
1．非金属材料分类及在汽车上的应用概述；
2．塑料、橡胶在汽车上的应用；
3．车用非金属材料分类
4．塑料、橡胶常用性质试验方法。
一、非金属材料分类及在汽车上的应用概述
汽车工程材料包括金属材料和非金属材料。
其中金属材料包括黑色金属和有色金属；非金属材料包括高分子材料、陶瓷材料、复合材料。
高分子材料又分为工程塑料、合成纤维、橡胶、胶粘剂、涂料。
工程塑料主要指强度、韧性和耐磨性较好的，具有价廉、耐蚀、降噪、美观、质轻等特点，可用于汽车保险杠、汽车内饰件、高档车用安全玻璃、仪表板等零部件。
合成纤维是指单体聚合而成具有很高强度的高分子材料，如尼龙、聚酯等，用于汽车座垫、安全带、内饰件等。
橡胶具有高的弹性和回弹性，一定的强度，优异的抗疲劳，良好的耐磨、绝缘、隔声、防水、缓冲、吸振等特点，用于制造汽车的轮胎、内胎、防振橡胶、软管、密封带、传动带等零部件。
各种胶粘剂起到粘结、密封等作用。
涂料对车身的防锈、美化及商品价值有不可忽视的作用。
陶瓷材料分为陶瓷、玻璃，陶瓷用于制造火花塞、传感器等；玻璃用于制造汽车前后门窗、侧窗等。
复合材料包括非金属基复合材料、金属基复合材料，用于汽车车顶导流板、风挡窗框等车身外装板件。
二、塑料、橡胶在汽车上的应用
1．一些基本概念
应力和应变：
当材料受到外力作用，而所处的条件使它不能产生惯性移动时，
它的几何
形状和尺寸将发生变化，这种变化就称为应变。
材料发生宏观的变形时，其内部
分子间以及分子内各原于间的相对位置和距离就要发生变化，产生了原子间及分
子之间的附加的内力，抵抗着外力，并力图恢复到变化前的状态，达到平衡时，附加内力与外力大小相等，方向相反。
定义单位面积上的附加内力为应力，显然，其值与单位面积上所受的外力相等。
弹性模量：
对于理想的弹性固体，应力与应变关系服从虎克定律，即应力与应
变成正比，比例常熟成为弹性模量。
可见弹性模量是材料发生单位应变时的应力，它表征材料抵抗变形能力的大小，模量愈大，愈不容易变形，表示材料刚度愈大。
拉伸强度：
是在规定的试验温度、湿度和试验速度下，在标被试样上沿轴向施加拉伸裁荷，直到试样被拉断为止，断裂前试样承受的最大载荷P与试样的宽度b
和厚度d的乘积的比值。
ct二P/（bd）
冲击强度：
是衡量材料韧性的一种强度指标，表征材料抵抗冲击载荷破坏的能
力。
通常定义为试样受冲击载荷而折断时单位截面积所吸收的能量。
ci=W/（bd）
硬度：
是衡量材料表面抵抗机械压力的能力的一种指标。
硬度的大小与材料的抗张强度和弹性模量有关，而硬度试验又不破坏材料、方法简便，所以有时可作为估计材料抗张强度的一种替代办法。
硬度试验方法很多，加荷方式有动载法和静载法两类，前者用弹性回跳法和冲击力把钢球压入试样，后者则以一定形状的硬材料为压头，平稳地逐渐加荷将压头压入试样，通称压入法，因压头的形状不同和计算方法差异又有布氏、洛氏和邵氏等名称。
布氏硬度试验是以平稳的裁荷
将直径D一定的硬钢球压入试样表面，保持一定时问使材料充分变形，并测量压入深度h,计算试样表面凹痕的表面积，以单位面积上承受的载荷（公斤/毫米2）
为材料的布氏硬度。
熔融指数：
热塑性树脂和塑料在规定温度、恒定负荷下，熔体在一定时间内流
过标淮出料模孔的重量。
熔触指数可作为热塑性树脂质量控制和热塑性塑料成型加工工艺条件的参数。
熔融指数RZ按下式计算：
RZ=600W/t（g/10min）式中W
—切取样条重量的算术平均值（g），t—切取样条时间间隔（s）。
2.主要热塑性塑料的性能与应用
常用工程塑料包括热塑性工程塑料（PE、PP、PVCABSPSPA、POMPC
等）、
热固性工程塑料（酚醛树脂PF氨基树脂UF环氧树脂EP等）o
主要热塑性塑料的性能与应用
材料名称
特征
应用情况
优点
缺点
聚丙烯塑料（PP）
1.刚硬有韧性。
抗弯强度高，抗疲劳、抗应力开裂
2.质轻
3.在咼温下仍保持其
力学性能
1.在o0c以下易
变脆
2.耐候性差
主要用于通风采暖系，发动机的某些配件以及外装件，汽车转向盘，仪表板，前、后保险杠，加速踏板，蓄电池壳，空气过滤器，冷却风扇，风扇护罩，散热器隔栅，转向机套管，分电器盖，灯壳，电线覆皮等。
聚氨酯（PU）
耐化学性好、拉伸强度和
撕裂强度高、压缩变形小、回弹性好
由于添加增塑剂之类非反应性助剂，产品经过一定的使用时间之后，随着助剂的挥发，其性能有所变化
用于制造汽车座垫、仪表板、扶手、头枕等缓冲材料，保险杠、挡泥板、前端部、发动机罩等大型部件。
聚氯乙烯塑料（PVC
耐化学性，难燃自熄，耐磨，消声减震，强度较高，价廉
热稳定性差，变形后不能完全复原，低温下变硬
用于汽车座垫、车门内板及其他装饰覆盖件上。
聚乙烯（PE）
1、密度小
2、耐酸碱及有机溶剂
3、介电性能很好
1、胶结和印刷困难
2、自熄性差
用于制造汽车油箱、挡泥板、转向盘、各种液体储罐、车厢内饰件以及衬板等。
4、成本低，成型加工方便
ABS树脂（ABS
1、力学性能和热性能均好，硬度高，表面易镀金属
2、耐疲劳和抗应力开裂、冲击强度高
3、耐酸碱等化学腐蚀
4、价格较低
5、加工成型、修饰容易
1、耐候性差
2、耐热性不够理
想
散热器护栅、驾驶室仪表盘、控制箱、装饰类、灯壳、嵌条类。
丙烯酸树脂（PMMA
光学性极好，耐候性好，能耐紫外线和耐日光老化
比无机玻璃易划伤，不耐有机溶剂
灯玻璃类。
聚酰胺（PA）
高强度和良好的冲击强度；耐蠕变性好和疲劳强度高；耐石油、润滑油和许多化学溶剂与试剂；耐磨性好
吸水性大，在干燥环境下冲击强度降低
用于制造燃烧油过滤器、空气过滤器、机油过滤器、水泵壳、水泵叶轮、风扇、制动液罐、动力转向液罐、白叶窗等。
聚甲醛（POM
抗拉强度较一般尼龙高，耐疲劳，耐蠕变；尺寸稳定性好；吸水性比尼龙小；介电性好；可在1200C正常使用；摩擦系数小；弹性极好
没有自熄性；成型收缩率大
各种阀门（排水阀门、空调器阀门等）、各种叶轮（水泵叶轮、暖风器叶轮、油泵轮等）、各种电器开关及电器仪表上的小齿轮、各种手柄及门销等。
聚碳酸酯（PC
抗冲击强度高，抗蠕变性能好；耐热性好，脆化温度低，能抵制日光、雨淋和气温变化的影响；化学性能好，透明度高；介电性能好；尺寸稳定性好
耐溶剂性差；有应
力开裂现象；疲劳
强度差
保险杠、刻度板、加热器底板等。
3.橡胶应用简介
常用橡胶包括天然橡胶、合成橡胶（SBRBRCRIR、IIR、NBRERMEPRMACMAUEI等）。
轮胎：
载重汽车的生胶以天然橡胶为主，轿车轮胎则以合成橡胶为主。
车用胶管包括水、气、燃油、润滑油、液压油等的输送管通常采用丁腈橡胶、
氯丁橡胶
等材料制造。
车用胶带多用氯丁橡胶制造。
车用橡胶密封件多用丙烯酸酯橡胶、硅橡胶等材料制造。
门窗玻璃密封件多
采用乙丙橡
胶制造。
三、车用非金属材料分类（主要为塑料类）
车用非金属材料分类（主要为塑料类）
材料名称
应用情况
聚丙烯（PP
副仪表板板体、副仪表板盖板、ABC柱护板、行李箱饰板、行李箱后装饰板、前后保险杠（PP+PE，前灯基体、轮罩挡泥板（PP+EPDM、侧裙护板（PP+EPDM、乘客扶手、遮阳板本体、安全带调整滑道挡板、杂物箱、两风口、进气格栅（PP-PE、前扰流板（PP
-EPDM-PE
门槛压板、行李箱后装饰板、发动机左右下托盖、司机侧脚踏板、ABC柱护板、安全带调整滑道挡板、杯托、挡泥板（PP+SBS、轮罩护板
（PP+EPDM、侧裙护板（PP+EPDM）、扶手箱本体
（HCPP、扶手箱外盖板、扶手箱下盖板、双风口总成、中间除霜风道、手套箱箱座、箱体、左右风门、门内护板下板体、托盘架、前后保险杠、进气格栅、门下装饰条
门槛压板、方向盘下护盖、前风挡下装饰条、司机侧脚踏板、后背门护板、门内护板本体、装饰条本体（PP+EPDM、前后保险杠（PP+EPDM、进气格栅（PP-EPDM、侧裙护板（PP+EPDM、轮罩护板（PP+EPDM、ABC柱护板、轮罩装饰板、左右扬声器面罩总成、后通风框总成、左右前轮罩护板（PP+EPDM
丙烯腈-丁
二烯一苯乙
烯（ABS
仪表板仿桃木分（ABS/PC、空调岀风口、导流槽、门槛压板、前风挡下饰板
（ABS/PR、后车灯基体、
前隔栅、换档机构护板
（ABS/PA）、CAC标牌
（ABS/PC）
烟灰缸缸座、副仪表板本体、盖板板体、扶手箱内饰板、扶手箱中盖板本体、风框、左右风向叶片、门内护板上板体
后扰流板总成、后视镜本体总成、散热器隔栅本体、扶手基体
聚乙烯（PE
油箱、单风管，左右前座椅装饰盖
右风道总成（LDPE、左右通风管总成、上下风向叶片连接杠、左右脚通风口总成
聚氨酯
（PUR
方向盘、座椅拉杆、座椅靠背泡沫、海绵垫、单风口密封垫、两风口密封垫
隔音块
有机玻璃
（PMM）
后车灯灯罩，前方向灯灯罩
聚碳酸酯
（PC
前灯灯罩，左右轮罩护板
（PC/PB）
仪表挡板本体（PC+ABS、
左右风框盖、中间风框盖（PC
+ABS、后保险杠缓冲垫
聚甲醛
（POM
扬声器面罩
上下风向叶片支架
升降器摇把总成
尼龙（PA
动力转向油罐、杂物箱旋转手柄
主要非金属件总结
外饰件
名称
材料
前保险杠
前保缓冲泡沫
PP+EPDM-T10
EPP
后保险杠
后保缓冲垫
PP+EPDM-T10
PC+PBT
左后、右后轮罩挡泥板
PP+SBS
左后、右后轮罩护板
PP+EPDM
左侧、右侧裙护板
PP+EPDM-T10
左前、右前轮罩挡泥板
PP+SBS
左前、右前轮罩护板
PP+EPDM
散热隔栅
ABS
散热器风扇本体
PA66+GF30
进气隔栅
PP+EPDM-T30
前大灯
Base:
PP+T20Lens:
PC
后大灯
Base：
ABSLensPMMA
前雾灯
Base:
PP+T30Lens:
PC
内饰件
仪表板总成
PC+ABS骨架+PU发泡层+PVC/ABS表皮（搪塑）
中间风框盖
PC+ABS仿桃木
车速表
Base:
ABS灯罩:
PMMA
中间除霜风道
PP-T20
左右除霜风口
ABS
左右风道
LDPE
左右通风管
LDPE
双风口
PP-T20
中间左右风框
ABS
上下风向叶片
ABS
上下风向叶片支架
POM
上下风向叶片连接杆
PE
左右风向叶片
ABS
左右风框盖
PC+ABS
仪表挡板本体
PC+ABS
仪表板左下护板本体
PP-T10
左下护板泡沫
PP发泡
仪表板中间左右护板
PP-T10
杂物盒本体
ABS
手套箱箱体、箱盖
PP-T20
前后烟灰缸本体
PF
杯托本体
PP-T10
副仪表板本体
ABS
中间通道盖板本体
仿桃木ABS
装饰皮
PVC
扶手箱本体
HCPP-T10
扶手箱上盖板、内盖板
ABS
扶手箱外盖板
PP-T20
手制动护板
PP4
空调总成
PP-T40
方向盘下护盖
ABS
左右脚部通风管
PE
A柱左、右上护板
PP-T20
A柱左、右下护板
PP
B柱上、下护板（左右）
PP-T20
安全带调整滑道挡板
PP-T20
C柱护板（左右）
PP-T20
左右A柱隔音块
PUR
门内护板上板体
ABS+TALC10%
下板体
PP+T10
桃木件
ABS
托盘架
PP-T10
门扶手基体
ABS
顶棚
PET-GF-PUR-PE
行礼箱后装饰板
PP
油箱
PE
转向储油罐
PA66
活性碳罐
PA6
膨胀箱
PP
关于前、后保险杠
在轿车上保险杠主要分为前保险杠和后保险杠，属于安全件。
在车辆碰撞时起到吸收碰撞能量，降低对人体的伤害程度的作用。
在保险杠的性能试验方面，最主要的是耐侯性能试验、缺口冲击强度试验，落球试验，整车以9公里时速撞击时，保险杠能恢复原状，抗碎石冲击性能等。
保险杠材料的选择是实现其功能的首要条件。
一般采用PP+EPDM（PE）材料,
使保险杠具有一定的弹性，可以吸收部分碰撞能量。
前、后保险杠的材料选用PP+PE其中PE使保险杠具有一定的弹性，保险杠结构分为内外两层，本体＋缓冲器，缓冲器用热板焊接到本体上。
缓冲器采用蜂窝状结构，使保险杠的缓冲性能发挥到极限。
前保险杠总成重量是9056g，后保险杠总成重量是10332g。
前、后保险杠的材料选用PP+EPDM+T1,其中EPDM使保险杠具有一定的弹性，保险杠结构分为内外两层，本体＋缓冲器，考虑到成本，缓冲器结构相当简单，性能上相对于的要差些。
前保险杠总成重量是2976g，后保险杠总成重量是3239g。
前、后保险杠的材料选用PP+EPDM+T1,其中EPDM使保险杠具有一定的弹性，保险杠结构分为内外两层，本体＋缓冲器，缓冲器用卡扣联接到本体上。
前保险杠缓冲器采用中空状结构，材料为GMT强度很好，有很好的缓冲性能，但价格昂贵。
后保险杠缓冲器也采用中空状结构，材料为PC+PBT强度很好，但保险杠的
缓冲性能相对来说不如A11。
前保险杠总成重量是3900g，后保险杠总成重量是5500g。
前、后保险杠的重量在整车附件中占有很大的比例，它的重量将会影响到整车的油耗等。
因此，在设计时，应根据不同的材料，选用不同的料厚，达到减轻
重量的作用
保险杠的开发周期为6个月，其中2个月用于设计，3个月用于开模，1个月用于匹配。
保险杠的主要失效模式有开裂，装配不良，于大灯干涉、设计工艺性差等。
关于仪表板总成
仪表板简称I/P（Instrumentpanel）,是汽车内饰的重要组成部分。
一、材料及工艺重点介绍搪塑工艺：
主要优点表皮纹理清晰均匀，产品设计时不用考虑脱模角度，设计自由度大。
1）搪塑模具的制作过程：
根据数模，加上收缩率，减去皮纹层的厚度，数控加工出木模在木模上
贴上皮纹皮（贴皮引起模具上有拼缝）----翻出软的硅树脂模（有拼缝）
翻出硬的树脂主模型，并手工修掉拼缝翻出硅树脂模翻出电极阳模
（为了导电，表面喷银粉，并布置电极）电镀出搪塑模具外壳加上
支撑，形成搪塑模
2）搪塑的工艺流程：
1、首先将堂速模具本体加热至230—250C；
2、然后将模具与粉箱对合并夹紧（以防粉末露出），模具在上，粉箱在下；
3、模具和粉箱一起旋转至粉箱在上，模具在下，粉箱里的粉末这是落在模具里，在高温的作用下，紧贴在模具的那一层就融化并相互粘在一起，然后继续旋转，使得模具的每个角落都有粉末，且融化并粘在一起，直至形成
的表皮厚度增加至符合要求为止（一般的PVC的厚度为1.1mm），这时粉箱在下方，剩余的粉末又回到风箱里；
4、模具与粉箱分离，并移到冷却工位，用水或空气等对模具进行快速冷却至
60-80C时，工人扒下表皮。
3）搪塑设备的分类（按模具的加热方式分类）
1、气加热设备：
价格最便宜。
它时通过燃烧天然气或重油产生的热风来加热模具。
它有一个加热炉，整个模具置于炉子中加热。
模具的温度控制较差，成品的合格率低，模具的寿命约为2万模次；
2、油加热设备:
价格最贵。
模具的加热和冷却都是通过油来进行的（分别是热油和冷油），模具各部分的温度可以根据需要分别控制，表皮质量好，模具的寿命高，约为2.5万模次，但设备系统复杂，昂贵。
3、沙加热设备：
价格适中。
模具加热是通过电加热沙子，沙子与模具背面接触加热模具实现的，模具加热时可以旋转，这时沙子与模具各部分接触的时间长短可以调整，即模具各部分的温度可以根据需要来调整，表皮质量较好，模具的冷却是通过水来实现的，冷却速度较快，模具寿命为1.8-2万模次。
综合以上几种工艺，PP注塑工艺主要应用于低挡车，价格较便宜，工艺比较简单，但表面手感不好；麻纤维骨架仪表板优点是环保，但由于韧性不好，容易产生共振响声，ABS+PC骨架材料各方面性能都比较好，因此大多仪表板的骨架采用这种材料。
吸塑PVC/ABS表皮工艺在中低挡轿车中应用比较广泛，搪塑PVC/ABS
表皮工艺在中高档轿车应用比较广泛，因搪塑模具的费用比较高，而且国内尚无搪塑模具的制作能力，需在国外开模，因此价格相比其他两种工艺较贵。
仪表板的重量为8.45Kg,S11仪表板的重量为6.7Kg,B11仪表板重量7.5Kg。
四、塑料、橡胶常用试验方法
塑料常用试验方法
测试项目
标号
试验仪器
试验方法
结果计算
备
注
塑料拉伸
试
验方法
GB1040—
79
拉伸试验机
夹具夹持试样咏要使试样纵轴与上、下夹具中心连线相重合。
并且耍松紧适宜，以防止试样滑脱和断在夹具内为度，夹持薄膜要求夹具内衬垫橡胶之类的弹性材料。
按规定速度开动机器，进行试验。
试样断裂后，读取负荷及标距间伸长，或读取屈服时的负荷。
测定模量时，安装、调整测量变形仪器，施加负荷记录负荷及其相应的变形。
拉伸强度、拉伸断裂应力、拉伸屈服应力，按下式计算：
bt=P/（bd）
P—最大载荷、断裂负荷、屈服
负荷，kgf（N），
b—试样宽度，cm
d—试样厚度，cm断裂伸长率，按下式计算：
et=（G—G）/G0
G—试样原始标线距离，cm（m）;G—试样断裂时标线间距离，cm（m）。
塑料简支梁冲击试验方法
GB1043—
79
摆锤式简支梁冲击试验机
测量试样中部的宽度和厚度，缺口试样应测量缺口处的剩余厚度，准确至0.05mm,测量3次取其平均值。
根抿试样破裂所需能量选择摆锤。
检查及调整试验机零点和支点位置。
将试样水平放在支座上，宽面紧贴支座铅直支承面，缺口面或末加工面背向冲锤，试样中心或缺口位置应与冲锤对准，平稳释放摆锤，由度盘读取冲击试样后所消耗的功。
冲击强度按下式计算：
a=A/bd
A—试样所消耗的功；b—试样宽度；d—试样厚度。
塑料撕裂强度试验方法
HG2-167—
65
撕裂强度试
验机
测量试样直角口处的厚度，难确至
0.001mm沿撕裂方向测量3点，求其算术平均值。
将试样夹在试验机夹具上，夹入部
分不大于22mm
并使试样受力方向与撕裂方向垂
直。
试样破裂后读取负荷值（kgf）（N）。
btr=P/d
P-试验破裂时的最大负荷；d—试样的厚度
塑料耐热性（马丁）试验方法
GB1035—
70
马丁耐热试
验仪
本方法是测定试样在等速升温环境中，在一定静弯曲力矩的作用下，达到一定弯曲变形时的温度，以示耐热性。
安装试样于垂直方向，并使横杆处于水平位置，试样弯曲有效长度为56mm鼓风，升温，当每一试样
的变形指示器下降6mm时，记录两支温度计数，取其算术平均值。
试验结果以每组试样的算术平均值表示
热塑性塑料软化点（维卡）试验方法
GB1633—
79
软化点（维卡）试验装置
本方法是测定热塑性塑料于液休传热介质中，在一定的负荷、一定的等速升温条件下，试样被lmm
压针头压入1mm寸的温度。
材料的软化点（维卡）以两个试样的算术平均值表示
塑料弯曲负载热变形温度试验方法
GB1634—
79
热变形温度
试验装置
本方法是测定塑料试洋浸在一种等速升温的合适液体传热介质中，在简支梁式的静弯曲负载作用下，试样弯曲变形达到规定值时的温度。
材料的热变形温度值以同组试样算术平均值表示
塑料熔融指数试验方法
HG2—1171
—77
熔融指数仪
本方法是测定热塑性树脂和塑料在规定温度、恒定负荷下，熔体在一定时间内流过标淮岀料模孔的重量。
熔触指数可作为热塑性树脂质量控制和热塑性塑料成型加工工艺条件的参数。
熔融指数RZ按下式计算：
RZ=600W/t（g/10min）
式中W—切取样条重量的算术平均值（g）,t—切取样条时间间隔（s）。
塑料邵氏硬度试验方法
HG2—152
—65
邵氏硬度计
本方法系测定试样在一定负荷和标准压印器作用下的硬度值。
试验结果以所有测定位的算术平均值和最大最小值表示
橡胶常用试验方法
测试项目
标号
试验仪器
试验方法
结果计算
备
注
硫化橡胶和热塑性橡胶拉伸性能的测定
GB/T
528-92
拉力试验机、
裁刀、锥形测
径计、厚度计
将哑铃状试样匀称地置于上、下夹持器上，调节夹持器移动速度，开动试验机，拉伸试样并跟踪试样的标记，记录数据
TS=F/（Wb）
TS—拉伸强度，Mpa
F—试样拉伸至断裂过程中岀现的最大力值，N;
W—试样狭小平行部分的宽度，mm
B—试样的厚度，mm
硫化橡胶邵尔
A硬度试验方法
GB/T
531-92
邵尔A型硬度计
试样的每一点只准测量一次，测量点间的距离不小于6mm与试验边缘的距离不小于12mm
F=550+75Ha
F—对硬度计所施加的力，mN
550—压针未压入试样时（硬度计指零时）弹簧的力；
75—硬度计每1度所对应的力；
HA—邵尔A型硬度计指示的度数。
硫化橡胶密度
的测定
GB/T
533-91
分析天平、天平盘跨架、烧杯、密度瓶
A法：
称量试样在空气中的质量m,称量试样在水中的质量m>
B法：
称量密度瓶的质量m,称量密度瓶和试样的质量m，将试样装入密度瓶内，注满蒸馏水，称其质量m，将瓶子倒空，重新注满蒸馏水，称其质量
A：
p=mp0/（m1-m2）
B：
p=（m2-m）p0/（（m-m）+（m
m））
m
硫化橡胶低温脆性的测定
GB/T
1682-94
单试样脆性试
验机
调节介质到所需温度，将试样冷冻3min，提起试样，用冲击器冲击试样，通过反复试验，确定至少两个试样不破坏的最低温度和至少一个试样破坏的最高温度，如果两者相差不大于10C，试验结束
试验岀现破坏的最高温度，即该试
验品的脆性温度
硫化橡胶在常温和高温下的压缩应力松弛的测定
GB1685-82
橡胶压缩应力
松弛仪
准备三个试样放入夹具，压缩到规定的压缩率，在30min后测量压缩力，测完后，将压缩试样
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