DE10342787A1 - Electrically conductive yarn has a stretch core filament, with an electrically conductive and a bonding filament wound around it to restrict the core stretch - Google Patents
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Abstract
Description
Technisches GebietTechnical field
Die vorliegende Erfindung betrifft elastische, elektrisch leitfähige Garne, deren Verwendung und Verfahren zu deren Herstellung.The present invention relates to elastic, electrically conductive Yarns, their uses and processes for their manufacture.
Stand der TechnikState of technology
Es sind einige Verfahren zur Herstellung elektrisch leitfähiger Garne bekannt. So werden z. B. zur Ableitung elektrostatischer Aufladung seit langem Metalldrähte oder Drahtgeflechte bzw. metallisierte Garne direkt in Gewebe eingearbeitet. Diese Gewebe sind oft problematisch am Webstuhl zu fertigen und verfügen aufgrund der offen liegenden Drähte über eine nur eingeschränkt textile Optik und / oder einen metallischen Griff.There are some methods of making electrical conductive Yarns known. So z. B. to discharge electrostatic charge for a long time metal wires or wire mesh or metallized yarn worked directly into the fabric. These fabrics are often problematic to manufacture and on the loom feature due to the exposed wires over a only limited textile optics and / or a metallic handle.
Ferner sind Verfahren zur Herstellung von so genannten Stapelgarnen bekannt. Dabei werden im Wesentlichen kurze textile Fasern zusammen mit kurzen und sehr feinen Metallfasern zu einem Garn gesponnen. Je nach Metallgehalt besitzen diese Garne mehr oder weniger textile oder metallische Eigenschaften. Stapelgarne mit guter elektrischer Leitfähigkeit weisen eine metallische Optik und Haptik auf.There are also manufacturing processes known from so-called staple yarns. In doing so, essentially short textile fibers together with short and very fine metal fibers spun into a yarn. Depending on the metal content, these have yarns more or less textile or metallic properties. staple yarns with good electrical conductivity have a metallic look and feel.
Bekannt sind auch Verfahren, bei denen zentral geführte Metalldrähte einfach oder doppelt textil umwunden werden. Da in diesen Garnen im Wesentlichen der Draht die Reißfestigkeit bestimmt, werden meist relativ dicke Drähte mit Durchmessern größer 0,1 mm eingesetzt. Derartige Garne sind verhältnismäßig steif und deshalb für textile Anwendungen unbrauchbar.Procedures are also known for those centrally managed metal wires be wrapped in single or double textile. Because in these yarns essentially the wire determines the tensile strength, mostly relatively thick wires with diameters greater than 0.1 mm used. Such yarns are relatively stiff and therefore for textiles Applications unusable.
Die
In der
Keines der oben beschriebenen Garne kann ohne Verlust der elektrischen Leitfähigkeit in nennenswertem Umfang elastisch gedehnt werden, da die leitfähigen Fäden entweder reißen oder sich plastisch verformen.None of the yarns described above can to a significant extent without loss of electrical conductivity be stretched elastically because the conductive threads either tear or deform plastically.
In den Schriften
Die
Sowohl in der
Das in der
Auch die zuletzt beschriebenen Garne verfügen über keine gummielastischen Eigenschaften. Selbst wenn sie geringe Dehnungen im Bereich von 3% bis 5% ohne Verlust der elektrischen Leitfähigkeit überstehen können, so bleiben deutliche Restdehnungen übrig. Dehnungen um mehr als 10% können auch die zuletzt beschriebenen Garne nicht ohne Abriss oder zumindest ohne Verlust der Leitfähigkeit überstehen.The yarns described last don't have any rubber-elastic properties. Even if they have low stretches survive in the range of 3% to 5% without loss of electrical conductivity can, this leaves clear residual strains. Stretches by more than 10% can also the yarns described last not without demolition or at least Survive without loss of conductivity.
Es besteht daher weiterhin ein Bedarf an Garnen, die neben einer elektrischen Leitfähigkeit eine hohe Elastizität und verbesserte Dehnungseigenschaften aufweisen.There is therefore still a need on yarns which, in addition to having electrical conductivity, improved elasticity and improved Have elongation properties.
Darstellung der Erfindungpresentation the invention
Hier setzt die Erfindung an. Der Erfindung, wie sie in den Ansprüchen gekennzeichnet ist, liegt die Aufgabe zugrunde, Garne bereitzustellen, die elektrisch leitfähig sind, die ohne Verlust der Leitfähigkeit zumindest kurzzeitig deutlich gedehnt werden können und die verbesserte Dehnungseigenschaften aufweisen.This is where the invention comes in. The object of the invention, as characterized in the claims, is to provide yarns which are electrically conductive and which, at least for a short time, are significantly stretched without loss of conductivity can and have improved elongation properties.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das Garn gemäß Anspruch 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Details, Aspekte und Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung und den Beispielen.This object is achieved by the Yarn according to claim 1 solved. Further advantageous details, aspects and configurations of the present Invention result from the dependent claims, the Description and examples.
Die erfindungsgemäßen Garne sind aus zumindest einem elastischen Kernfaden, mindestens einen, um den Kernfaden gewundenen elektrisch leitfähigen Faden und mindestens einen, um den Kernfaden gewundenen Umwindefaden aufgebaut. Die Dehnbarkeit des gesamten elektrisch leitfähigen Garns wird durch den Umwindefaden begrenzt.The yarns of the invention are at least an elastic core thread, at least one around the core thread winding electrically conductive Thread and at least one winding thread wound around the core thread built up. The extensibility of the entire electrically conductive yarn is limited by the thread.
Ein solches leitfähiges Garn besitzt eine ganze Reihe von verbesserten Eigenschaften. Das Garn weist über einen weiten Bereich einer Zugbeanspruchung elastische Eigenschaften auf. Im Gegensatz zu den aus dem Stand der Technik bekannten leitfähigen Garnen führt eine Überbelastung durch Zugbeanspruchung nicht zu einer Verminderung der Leitfähigkeit eines erfindungsgemäßen Garns. Dies wird durch die Begrenzung der Dehnbarkeit des Garns durch den Umwindefaden erreicht. Durch die Begrenzung der Dehnbarkeit durch den Umwindefaden wird zudem erreicht, dass das Garn über seinen ganzen Belastungsbereich seine elastischen Eigenschaften behält.Such a conductive yarn has a whole Set of improved properties. The yarn has one wide range of tensile stress elastic properties. In contrast to the conductive yarns known from the prior art leads to an overload due to tensile stress does not reduce the conductivity of a yarn according to the invention. This is limited by the stretchability of the yarn Thread wound reached. By limiting the stretchability through the thread is also achieved that the yarn over its whole elasticity retains its entire load range.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung nimmt die Rückstellkraft des Garns ab einer bestimmten Zugbelastung überproportional zu. Der Grund für diesen überproportionalen Anstieg der Rückstellkraft liegt in dem Umwindefaden. Dieser kann nämlich ab einer bestimmten Zugbelastung dieser Belastung nicht mehr durch Aufspreizung seiner helikalen Form zu einer geringeren Anzahl an Windungen pro Längeneinheit des Kernfadens nachgeben, sondern erlaubt einer weitere Streckung nur noch durch eine Dehnung in longitudinaler Richtung. Der Übergang von einer Aufspreizung der helikalen Struktur zu einer tatsächlichen Streckung des Umwindefadens selbst in seiner Längsrichtung führt zu einem starken Anstieg der Rückstellkraft, wodurch ein weiteres Dehnen des Garns verhindert wird. Diese überproportionale Zunahme der Rückstellkraft findet bei einer Zugbeanspruchung statt, bei der der elektrisch leitfähige Faden noch nicht gerissen ist. Das Garn ist also immer noch leitfähig.According to a preferred embodiment of the The present invention decreases the restoring force of the yarn certain disproportionate tensile load to. The reason for this disproportionate Increase in restoring force lies in the thread. This can namely from a certain tensile load this burden no longer by spreading its helical Form to a smaller number of turns per unit length of the core thread, but allows further stretching only by stretching in the longitudinal direction. The transition from an expansion of the helical structure to an actual one Stretching the winding thread even in its longitudinal direction leads to a sharp increase in restoring force, which prevents further stretching of the yarn. This disproportionate Increase in restoring force takes place with a tensile load, in which the electrical conductive Thread is not yet broken. So the yarn is still conductive.
Das Ausmaß der Dehnbarkeit des Umwindefadens hängt hauptsächlich von den Materialeigenschaften und von der Anzahl der Wicklungen des Umwindefadens um den Kernfaden ab. Durch eine höhere Anzahl an Wicklungen wird im Allgemeinen eine höhere Dehnbarkeit erreicht. Daneben führt eine höhere Bruchdehnung des Materials zu einer erhöhten Dehnbarkeit.The extent of the elasticity of the winding thread depends mainly on the material properties and the number of windings of the winding thread around the core thread. Due to a higher number of windings generally a higher one Stretchability achieved. In addition leads a higher one Elongation at break of the material for increased ductility.
Unter der Bruchdehnung eines Materials versteht man die Längung des Materials durch Zugbeanspruchung bis zum Bruch. Sie dient zur Ermittlung der Festigkeit des beanspruchten Materials. Ein Material mit hoher Bruchdehnung kann also um einen weiten Betrag gedehnt werden bevor es bricht bzw. im Fall von Fäden reißt.Under the elongation at break of a material one understands the elongation of the material due to tensile stress until it breaks. It is used for Determination of the strength of the stressed material. A material with a high elongation at break can therefore be stretched by a large amount before it breaks or in the case of threads.
Erfindungsgemäß wird die Dehnbarkeit des gesamten elektrisch leitfähigen Garns durch den Umwindefaden begrenzt. Um diese Eigenschaft zu erfüllen, sind Kernfaden, leitfähiger Faden und Umwindefaden im Hinblick auf Material und im Hinblick auf die Anzahl der Umwicklungen von leitfähigem Faden und Umwindefaden um den Kernfaden zweckmäßig aufeinander abgestimmt. Daneben werden vorteilhaft einige weitere, dem Fachmann auf dem Gebiet der Garnherstellung bekannte Parameter angepasst. Die Dehnbarkeit hängt nämlich außerdem von der Kraft, mit der die Umwindung des Kernfadens erfolgt, ab. Auch weisen die verschiedenen Fadenmaterialien verschiedene Reibungskoeffizienten auf, wodurch ein unterschiedlicher Kraftaufwand erforderlich wird, um die einzelnen Fäden gegeneinander zu verschieben.According to the invention, the stretchability of the whole electrically conductive Yarns limited by the thread. To meet this property, are Core thread, more conductive Thread and winding thread in terms of material and in terms of on the number of wraps of conductive thread and winding thread expediently around the core thread Voted. In addition, some more will be advantageous to those skilled in the art Known parameters adjusted in the field of yarn production. The elasticity depends namely Moreover on the force with which the core thread is wound. Also the different thread materials have different friction coefficients on, which requires a different amount of force to the individual threads to move against each other.
Für den Fachmann auf dem Gebiet der Garnherstellung stellt eine solche Auswahl kein Problem dar. Für die Auswahl geeigneter Materialien und geeigneter Herstellungsparameter wird der Fachmann üblicherweise einen bestimmten Kernfaden vorlegen, diesen mit einem dünnen Draht umwickeln und dann den Umwindefaden so bestimmen, dass das Garn die geforderten Eigenschaften erfüllt.For the person skilled in the field of yarn production presents one Selection is not a problem the selection of suitable materials and suitable manufacturing parameters is usually the expert present a certain core thread, this with a thin wire and then wrap the thread so that the yarn required properties met.
Zu beachten ist, dass die Anzahl der Umwindungen um den Kernfaden, die in dem resultierenden Garn vorliegen, nicht nur durch die tatsächlich durchgeführte Zahl an Wicklungen beeinflusst wird, sondern auch durch den Grad der Vorstreckung des Kernfadens. Je höher die Kraft ist, mit der der Kernfaden vorgestreckt wird, umso drastischer erhöht sich die Anzahl an Umwindungen, die nach Entlastung des Kernfadens pro Längeneinheit des Kernfadens vorliegen.It should be noted that the number the wraps around the core thread that are in the resulting yarn are present, not just by the number actually performed on windings is influenced, but also by the degree of Core thread pre-stretching. The higher the force with which the core thread is drawn, the more drastically increases the number of wraps per core thread after unloading unit of length of the core thread.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung besteht der Kernfaden aus einem gummielastischen Material. Unter dem Begriff „gummielastisches Material" ist zu verstehen, dass sich nach Deformation des Materials und anschließender Entlastung der ursprüngliche Zustand des Materials wieder einstellt. Nach DIN 7724 (Februar 1972) unterscheidet man zwei Arten von Elastizität, nämlich Energieelastizität (Stahlelastizität) und Entropieelastizität (Gummielastizität).According to a preferred embodiment of the In the present invention, the core thread consists of an elastic rubber Material. Under the term "rubber elastic Material "is too understand that after deformation of the material and subsequent relief the original Resets the condition of the material. According to DIN 7724 (February 1972) A distinction is made between two types of elasticity, namely energy elasticity (steel elasticity) and entropy elasticity (rubber elasticity).
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist der elastische Kernfaden eine Bruchdehnung von wenigstens 50%, bevorzugt von wenigstens 100%, besonders bevorzugt von wenigstens 200% auf. Ganz besonders bevorzugt besitzt der Kernfaden eine Bruchdehnung von wenigstens 300%, insbesondere von wenigstens 400%, besonders bevorzugt von wenigstens 500%.According to a preferred embodiment of the In the present invention, the elastic core thread has an elongation at break of at least 50%, preferably of at least 100%, particularly preferred from at least 200%. The core thread very particularly preferably has an elongation at break of at least 300%, in particular at least 400%, particularly preferably of at least 500%.
Der oder die elastischen Kernfäden sind für die gummielastischen Eigenschaften der gesamten Garneinheit verantwortlich. Der Markt bietet eine Vielfalt von gummielastischen Fäden an, aus der das für die jeweilige Applikation geeignete Material ausgewählt werden kann. Dazu gehören unter anderem Natur- und Synthesegummis, die verschiedenen Polyester- und Polyether-Elastantypen, modifizierte Polyester, nachvernetzte Thermoplaste usw. Ganz besonders geeignet sind Polyester-Polyurethan-Elastomere und/oder Polyether-Polyurethan-Elastomere als Materialien für den gummielastischen Kernfaden.The elastic core thread or threads are responsible for the rubber-elastic properties of the entire yarn unit. The market offers one Variety of elastic rubber threads from which the material suitable for the respective application can be selected. These include natural and synthetic rubbers, the various types of polyester and polyether elastane, modified polyesters, post-crosslinked thermoplastics etc. Polyester-polyurethane elastomers and / or polyether-polyurethane elastomers are particularly suitable as materials for the rubber-elastic core thread.
Nach der Dehnung sollen sich die erfindungsgemäßen Garne aufgrund der gummielastischen Eigenschaften des Kernfadens zumindest annähernd wieder auf die ursprüngliche Länge zusammenziehen. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist das elektrisch leitfähige Garn nach einer elastischen Dehnung um mindestens 15% in der Längsrichtung ohne Verlust seiner elektrischen Leitfähigkeit eine maximale Restdehnung von 5% auf. Besonders bevorzugt weist das elektrisch leitfähige Garn nach einer elastischen Dehnung um mindestens 30% in der Längsrichtung ohne Verlust seiner elektrischen Leitfähigkeit eine maximale Restdehnung von 5% auf.After the stretch, the should yarns of the invention at least because of the rubber-elastic properties of the core thread nearly back to the original Contract length. According to one preferred embodiment of the present invention comprises the electrically conductive yarn after elastic stretching by at least 15% in the longitudinal direction maximum residual expansion without losing its electrical conductivity from 5%. The electrically conductive yarn particularly preferably has after elastic stretching by at least 30% in the longitudinal direction without Loss of its electrical conductivity a maximum residual elongation from 5%.
Der Kernfaden kann in einer für die jeweilige Applikation geeigneten Form eingesetzt werden. Beispielhaft seien einige Varianten genannt: Monofil, Multifil, segmentierte Typen und texturierte Typen. Falls erforderlich, können auch mehrere Fäden parallel oder verzwirnt im Kern eingesetzt werden. Es können gleichartige oder unterschiedliche Fäden nebeneinander verwendet werden.The core thread can be in one for the respective application suitable form can be used. Some variants are exemplary called: monofilament, multifilament, segmented types and textured types. If required also several threads parallel or twisted in the core. They can be of the same type or different threads can be used side by side.
Der elastische Kern des Verbundgarns wird mit zumindest einer elektrisch leitfähigen Umwindung ausgestattet. Der elastische Kern kann mehrfach mit leitfähigen Fäden umwunden sein. Diese leitfähigen Umwicklungen können auch in verschiedenen Wickelrichtungen aufgebracht sein und gegebenenfalls durch Zwischenschichten voneinander getrennt sein.The elastic core of the composite yarn is equipped with at least one electrically conductive wrap. The elastic core can be wound several times with conductive threads. These conductive wraps can also be applied in different winding directions and, if necessary, by Intermediate layers must be separated.
Als leitfähige Fäden eignen sich besonders metallische Drähte, Drahtzwirne oder – geflechte, leitend beschichtete Synthesefasern, Stapelgarne mit Metallanteil, Garne aus leitfähigen Polymeren und leitfähig gefüllte Synthesefasern. Die leitfähigen Fäden können einfach oder mehrfach, sortenrein oder gemischt eingesetzt werden. Als leitfähige Fäden verwendete monofile Metalldrähte weisen einen Durchmesser zwischen 0,01 und 0,1 mm, bevorzugt zwischen 0,02 und 0,06 mm, besonders bevorzugt zwischen 0,03 und 0,05 mm auf.Metallic threads are particularly suitable as conductive threads wires Wire threads or braids, conductive coated synthetic fibers, staple yarn with metal content, Conductive yarn Polymers and conductive filled Synthetic fibers. The conductive Threads can be simple or multiple, mixed or mixed. Used as conductive threads monofilament metal wires have a diameter between 0.01 and 0.1 mm, preferably between 0.02 and 0.06 mm, particularly preferably between 0.03 and 0.05 mm on.
Obwohl sich prinzipiell zahlreiche Metalle und Legierungen, die zusätzlich beschichtet, eloxiert oder gebeizt sein können, als leitfähige Fäden eignen, so sind aufgrund technischer und ökonomischer Faktoren Kupferdrähte, silberbeschichtete Kupferdrähte und Edelstahldrähte besonders bevorzugt. Die Verwendung beschichteter bzw. lackierter Drahttypen verbessert die Korrosionsbeständigkeit und Waschbarkeit der erfindungsgemäßen Garne. Solche Garne sind nicht nur gut waschbar, sie widerstehen vielmehr sogar einer chemischen Reinigung.Although there are in principle numerous Metals and alloys in addition coated, anodized or stained, suitable as conductive threads, for example, copper wires are silver-coated due to technical and economic factors copper wires and stainless steel wires particularly preferred. The use of coated or varnished Wire types improve the corrosion resistance and washability of the yarns of the invention. Such yarns are not only washable, they also resist even dry cleaning.
Neben monofilen Metalldrähten eignen sich Multifilament Edelstahl Garne ganz hervorragend zur Herstellung der erfindungsgemäßen Garne. Typischerweise bewegt sich die Dicke eines einzelnen Edelstahl-Filaments im Bereich zwischen 0,002 mm und 0,02 mm. Die Zahl der enthaltenen Einzelfilamente liegt zwischen 10 und 200.In addition to monofilament metal wires multifilament stainless steel yarns are excellent for manufacturing the yarns of the invention. Typically, the thickness of a single stainless steel filament moves in the range between 0.002 mm and 0.02 mm. The number of included Individual filaments are between 10 and 200.
Für zahlreiche Applikationen bietet sich die Verwendung silberbeschichteter synthetischer Garne zur elektrisch leitfähigen Umwindung des elastischen Kerns an. Besonders eignen sich waschbeständige, silberbeschichtete Nylongarne zur Herstellung der erfindungsgemäßen Garne. Der Markt bietet sowohl Monofilament-, als auch Multifilamentgarne an. Mit Multifilamentgarnen als Umwindung können im Vergleich zu monofilen Fasern höhere Flächenabdeckungen des Kerns bei gleichem Garndurchmesser erzielt werden.For Numerous applications can be used using silver-coated synthetic yarns for electrically conductive wrapping around the elastic core on. Wash-resistant, silver-coated nylon yarns are particularly suitable for the production of the yarns according to the invention. The market offers both monofilament and multifilament yarns. With multifilament yarns as a wrap can compared to monofilament fibers, higher surface coverage of the core same yarn diameter can be achieved.
Zusätzlich zur elektrisch leitfähigen Umwindung umfasst das Garn eine weitere Umwindung. Eine derartige Umwindung kann verschiedene Funktionen übernehmen. Beispielhaft seien genannt: Elektrische Isolierung (nach außen, nach innen oder zwischen mehreren leitfähigen Schichten), mechanischer Abriebschutz, Verbesserung der Verarbeitbarkeit des Garns auf schnell laufenden Maschinen, Farbe, Glanz, Optik, Griff, Haptik, Überdehnschutz, Reißfestigkeit, Ausgleich der inneren Torsionsspannung des Garns nach Umwindung in einer Richtung. Es soll darauf hingewiesen werden, dass dieser weitere Umwindefaden in der Regel nicht elektrisch leitfähig sein wird. Von der vorliegenden Erfindung sind aber auch Umwindefäden umfasst, die eine elektrische Leitfähigkeit beliebiger Stärke aufweisen.In addition to the electrically conductive winding the yarn includes another wrap. Such a turn can perform various functions. Examples include: Electrical insulation (external, external inside or between several conductive layers), mechanical Abrasion protection, improve the processability of the yarn quickly running machines, color, gloss, optics, handle, haptics, over-stretch protection, tear resistance, Compensation of the inner torsional tension of the yarn after winding in one direction. It should be noted that this other winding threads are usually not electrically conductive becomes. The present invention also encompasses wrapping threads, which has an electrical conductivity any strength exhibit.
Für zahlreiche Applikationen eignet sich ein Garnaufbau mit innen liegendem elastischen Kern, innerer Umwindung mit leitfähigem Faden und in Gegenrichtung dazu ausgeführter textiler äußerer Umwindung. Die äußere Umwindung ist so beschaffen, dass sie im Fall einer starken Dehnung vor der innen liegenden leitfähigen Umwindung vollständig gespannt wird. So bremst die äußere Umwindung eine Dehnung ab, bevor die leitfähige Umwindung Schaden nimmt.For numerous applications, a yarn structure with an internal one is suitable elastic core, inner wrapping with conductive thread and in the opposite direction more detailed textile outer wrapping. The outer winding is designed in such a way that in the event of a strong stretch before the internal conductive Winding completely is excited. So the outer winding brakes stretch before the conductive Winding is damaged.
Weitere bevorzugte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Garns beinhalten die Verwendung von Multifilamentgarnen als nicht leitende Umwindung. Multifilamentgarne legen sich bei der Umwindung eines Kerns bevorzugt flächig auf den Kernfaden, so dass sie bei gleichem Außendurchmesser eine im Vergleich zum Monofil deutlich höhere Flächenabdeckung bewirken.Further preferred embodiments of the yarn according to the invention involve the use of multifilament yarns as non-conductive Wrapping. Multifilament yarns lay down when wrapped around one Kerns preferably flat on the core thread so that they have a comparison with the same outside diameter to the monofilament significantly higher area coverage cause.
Abhängig von der Applikation können sich für die beschriebene weitere Umwindung alle möglichen Fäden eignen. Stellvertretend für die möglichen Materialien seien beispielhaft genannt: Nylon, Polyester, Viskose, Polyamid, Leinen, Wolle, Seide, Baumwolle, Polypropylen, Kevlar in den verschiedenen Ausführungsformen, Mischgarne aller Art sowie metallisierte Garne wie z. B. silberbeschichtetes Nylon.Depending on the application for the described further winding all possible threads are suitable. vicarious for the potential Examples include: nylon, polyester, viscose, Polyamide, linen, wool, silk, cotton, polypropylene, kevlar in the different embodiments, Mixed yarns of all types as well as metallized yarns such as B. silver coated Nylon.
Die Herstellung der erfindungsgemäßen Garne kann auf verschiedene Arten erfolgen. Bevorzugt ist das Verfahren der klassischen Garnumwindung. Dabei wird der zentrale elastische Faden auf einem Streckwerk verzogen. Der verzogene elastische Kernfaden wird durch eine rotierende Hohlspindel geführt. Auf der Hohlspindel sitzt die Garnspule mit dem leitfähigen Faden oder dem Umwindefaden. Dieser Faden wird von dem gleichmäßig abgezogenen elastischen Kernfaden mitgenommen, so dass der leitfähige Faden bzw. der Umwindefaden in Form einer Wendel um den Kernfaden gewunden wird. Entspannt sich der verzogene Kernfaden nach dem Umwinden wieder, so liegen die einzelnen Umwindungen wesentlich dichter als während des Umwindens.The production of the yarns according to the invention can be done in different ways. The method is preferred the classic thread winding. The central elastic Thread warped on a drafting system. The warped elastic core thread is guided by a rotating hollow spindle. Sitting on the hollow spindle the bobbin with the conductive Thread or the winding thread. This thread is pulled from the evenly elastic core thread taken away, so that the conductive thread or the winding thread in the form of a spiral wound around the core thread becomes. If the warped core thread relaxes again after winding, the individual windings are much denser than during the Umwindens.
Gummielastische Garne können im Vergleich zu unelastischen Garnen mit hohem Verzug gefertigt werden, was bei sonst identischen Produktionsbedingungen durch die beschriebene Relaxation des Garns nach der Umwindung zu deutlich engeren Wicklungen führt. Elastische Garne können mit dem genannten Verfahren enger umwunden werden als nicht elastische Garne.Rubber elastic yarns can be used in Compared to inelastic yarns with high warpage, what with otherwise identical production conditions by the described Relaxation of the yarn after winding to significantly tighter windings leads. Elastic yarns can can be wound more closely with the above-mentioned method than non-elastic ones Yarns.
Grundsätzlich entstehen durch das Umwinden des Kernfadens mit einem weiteren Faden innere Torsionskräfte, die dazu führen, dass sich das Garn im entlasteten Zustand, also beim Abwickeln von der Spule, um sich selbst verdrillt. Werden zwei Fäden um den Kernfaden gewunden, so ergibt sich die Möglichkeit, diese inneren Torsionskräfte zu eliminieren. Man spricht in diesem Fall von einem „Ausbalanzieren" des Garns. Wird der zweite Faden nämlich gegensinnig zu dem ersten Faden um den Kernfaden gewunden, so ergeben sich Torsionskräfte in entgegengesetzten Richtungen. Material und Anzahl der Umwindungen können nun durch einfache Versuche so aufeinander abgestimmt werden, dass die Beträge der Torsionskräfte ungefähr gleich sind und sich eine resultierende Torsionskraft von nahezu Null ergibt. Als Folge ist gewährleistet, dass sich das Garn im unbelasteten Zustand kaum oder gar nicht um sich selbst verdrillt.Basically arise from that Wrapping the core thread with another thread internal torsional forces cause that the yarn is unloaded, i.e. when unwinding the coil twisted around itself. Are two threads around the Core thread, there is the possibility of eliminating these internal torsional forces. In this case one speaks of a "balancing" of the yarn the second thread namely wound in the opposite direction to the first thread around the core thread, so revealed torsional forces in opposite directions. Material and number of turns can can now be matched to one another by simple experiments so that the amounts of the torsional forces approximately are the same and there is a resulting torsional force of almost Results in zero. As a result, it is guaranteed that the yarn is hardly or not at all unloaded twisted itself
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind also der elektrisch leitfähige Faden und der Umwindefaden gegensinnig um den elastischen Kernfaden gewickelt. Wenn der elektrisch leitfähige Faden also beispielsweise in S-Richtung um elastischen Kernfaden gewunden vorliegt, so ist der Umwindefaden in Z-Richtung um den elastischen Kernfaden gewickelt. Es handelt sich also um eine kreuzweise Umwindung.According to a preferred embodiment of the The present invention is therefore the electrically conductive thread and the winding thread is wound in opposite directions around the elastic core thread. If the electrically conductive Thread in the S direction, for example, around elastic core thread the thread is in the Z direction around the elastic core thread wound. So it is a cross Wrapping.
Die vorliegende Erfindung umfasst auch die Verwendung der erfindungsgemäßen Garne und Gewebe zur Datenübertragung und der Stromversorgung elektrischer bzw. elektronischer Bauteile. Daneben ist auch die Verwendung der erfindungsgemäßen Garne und Gewebe als elektrisch leitende Materialien umfasst, die ähnlich einem Flachbandkabel bzw. einer ortsaufgelöst ansteuerbaren zweidimensionalen Matrix verschiedene elektrische Signale ohne nennenswerte gegenseitige Beeinflussung nebeneinander transportieren können.The present invention encompasses also the use of the yarns and fabrics according to the invention for data transmission and the power supply of electrical or electronic components. In addition, there is also the use of the yarns according to the invention and fabric as electrically conductive materials that are similar to one Ribbon cable or a spatially resolvable two-dimensional Matrix different electrical signals without any significant mutual Ability to transport influence side by side.
Ferner können erfindungsgemäße Garne bzw. daraus gefertigte Produkte zur Abschirmung elektromagnetischer Felder oder zur Ableitung statischer Ladungen eingesetzt werden. Eine Nutzung der erfindungsgemäßen Garne als Widerstandsleiter im Rahmen einer elektrischen Heizung ist möglich.Yarns or products made therefrom for shielding electromagnetic fields or used to discharge static charges. A use of the yarns of the invention as a resistance conductor in the context of an electrical heating is possible.
Die vorliegende Erfindung umfasst auch die Verwendung der erfindungsgemäßen Garne als elektrische Heizleiter und der daraus gefertigten Gewebe als elastische, elektrisch heizbare Gewebe.The present invention encompasses also the use of the yarns according to the invention as an electrical heating conductor and the fabric made from it as elastic, electrically heatable Tissue.
Die vorliegende Erfindung umfasst daneben auch die Verwendung der erfindungsgemäßen Garne als Sensormaterial, bevorzugt als Feuchtesensor oder Dehnungssensor.The present invention encompasses in addition, the use of the yarns according to the invention as sensor material, preferably as a moisture sensor or strain sensor.
Wege zur Ausführung der ErfindungWays to Execute the invention
Nachfolgend soll die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert werden, es wird aber ausdrücklich darauf hingewiesen, dass die Erfindung nicht auf die angegebenen Beispiele beschränkt sein soll.The invention is intended to be explained below of embodiments are explained in more detail but it becomes explicit noted that the invention is not indicated on the Examples limited should be.
Beispiel 1:Example 1:
Ein elastischer Faden aus Lycra 163C (Hersteller: Du pont De Nemours International S.A. Fibres Department, Du Pont Straße 1, D-61352, Bad Homburg; Produktbezeichnung: LYCRA Elastane Yarn; Dtex/Typ: 1880 Dtex T. 136C) mit einer Stärke von 1880 dtex wird auf einer Garnumwindemaschine vorgestreckt. Die Bruchdehnung des Fadens beträgt 500% bei einer Reißkraft von 1300 cN. Der Faden relaxiert nach einer Dehnung von 100% bis auf eine Restdehnung von 2,4%.An elastic thread made of Lycra 163C (Manufacturer: Du pont De Nemours International S.A. Fibers Department, Du Pont street 1, D-61352, Bad Homburg; Product name: LYCRA Elastane Yarn; Dtex / type: 1880 Dtex T. 136C) with a thickness from 1880 dtex is pre-stretched on a yarn winding machine. The Elongation at break of the thread is 500% with a tear strength from 1300 cN. The thread relaxes after stretching from 100% to to a residual elongation of 2.4%.
Der vorgestreckte Lycra Faden wird durch eine Hohlspindel geführt. Diese Hohlspindel trägt eine konische Garnspindel, von der über Kopf ein 0,04 mm starker, hartversilberter Kupferdraht (Hersteller: Elektro-Feindraht AG in CH-8182 Escholzmatt; Produktbezeichnung: Textile Wire silver/copper mit Lacktyp TW-D) durch den Lycrafaden abgezogen wird. Der Durchmesser des Drahtes einschließlich seiner Lackbeschichtung beträgt 0,048 mm. Der Draht weist eine Bruchdehnung von 21,3% auf.The pre-stretched lycra thread will passed through a hollow spindle. This hollow spindle carries one conical thread spindle, from the over Head a 0.04 mm thick, silver-plated copper wire (manufacturer: Elektro-Feindraht AG in CH-8182 Escholzmatt; Product name: Textile wire silver / copper with lacquer type TW-D) through the lycra thread is subtracted. The diameter of the wire including its Paint coating is 0.048 mm. The wire has an elongation at break of 21.3%.
Das einfach mit Draht umwundene Lycra wird durch eine zweite Hohlspindel geführt. Diese Hohlspindel trägt ein handelsübliches Multifilament-Polyamidgarn aus PA66 mit 78 dtex und 34 Einzelfilamenten (Hersteller: Radicifil S.p.A. / Synfil GmbH, IT-24126 Bergamo; Bezeichnung RNO1235_78/34/1 S; Bruchdehnung: 28%). Das PA66 Garn wird gegenläufig zum Draht um den Kern gewickelt. Die Maschinenparameter werden so ausgewählt, dass ein ausbalanziertes Garn entsteht, das möglichst frei von inneren Torsionsspannungen ist.The Lycra, which is simply wrapped in wire, is guided through a second hollow spindle. This hollow spindle carries a commercially available multifilament polyamide yarn made of PA66 with 78 dtex and 34 individual filaments (manufacturer: Radicifil SpA / Synfil GmbH, IT-24126 Bergamo; designation RNO1235_78 / 34/1 S; elongation at break: 28%). The PA66 yarn is wound around the core in the opposite direction to the wire. The machine parameters are selected so that a balanced yarn is created is as free as possible from internal torsional stresses.
Das äußere PA66 Garn ist 3200-mal pro Meter Garn um den Kern gewunden; der innere Draht ist 3600-mal pro Meter Garn um den Kern gewunden. Der innen liegende Draht ist annähernd vollständig von dem außen liegenden PA66 Garn bedeckt, so dass das Garn über textile Optik und Haptik verfügt. Das Garn verfügt über eine ausgezeichnete elektrische Leitfähigkeit. Bei einer Dehnung um ca. 250% wird die Rückstellkraft des Garns durch vollständige Streckung des PA66 Garns überproportional stärker. Erst bei ca. 300% Dehnung verliert das Garn aufgrund von Drahtbruch seine elektrische Leitfähigkeit.The outer PA66 yarn is 3200 times per meter of thread wound around the core; the inner wire is 3600 times per meter of thread wound around the core. The wire inside is nearly completely from the outside lying PA66 yarn covered, so that the yarn has a textile look and feel features. The Yarn has one excellent electrical conductivity. With a stretch of approx. 250%, the restoring force of the yarn is reduced full extension of the PA66 yarn disproportionately stronger. First at about 300% elongation, the yarn loses its due to broken wire electric conductivity.
Beispiel 2:Example 2:
Das elastische, elektrisch leitende Verbundgarn aus Beispiel 1 wird auf einer handelsüblichen Webmaschine als Schussfaden eingesetzt. Der Kettbaum besteht aus 0,3 mm starken, einfach gezwirnten Baumwollfäden, die in Gruppen zu 8 Fäden zusammengefasst sind. Beim Verweben entsteht ein festes Gewebe, das über eine ausgezeichnete elektrische Leitfähigkeit in Schussfadenrichtung verfügt und in Richtung des Kettfadens den elektrischen Strom nicht leitet. Selbst nach einer Dehnung um mehr als 120% in Schussfadenrichtung bleiben diese elektrischen Eigenschaften erhalten. Werden die Pole einer Gleichspannungsquelle in Kettfadenrichtung beabstandet angeschlossen, so kann diese Spannung im Abstand von einem Meter in Schussfadenrichtung zum Betrieb eines elektrischen Verbrauchers, wie z. B. einer Leuchtdiode verwendet werden. Das Gewebe kann ohne Auswirkung auf die Stromversorgung der Leuchtdiode in Schussfadenrichtung gedehnt werden.The elastic, electrically conductive Composite yarn from Example 1 is on a commercially available weaving machine used as a weft. The warp beam consists of 0.3 mm thick simply twisted cotton threads, those in groups of 8 threads are summarized. When weaving, a firm fabric is created, the above excellent electrical conductivity in the weft direction has and does not conduct the electrical current in the direction of the warp thread. Even after stretching more than 120% in the weft direction these electrical properties are retained. Become the Pole a DC voltage source connected at a distance in the warp thread direction, this tension can be spaced one meter apart in the weft direction to operate an electrical consumer, such as. B. a light emitting diode be used. The tissue can have no effect on the power supply the light-emitting diode can be stretched in the weft direction.
Beispiel 3:Example 3:
Das elastische, elektrisch leitende Verbundgarn aus Beispiel 1 wird auf einer handelsüblichen Webmaschine als Schussfaden eingesetzt. Der Kettbaum besteht aus einem elektrisch leitenden, aber nicht gummielastischen Verbundgarn. Zur Herstellung des Kettfadens wird ein handelsübliches Polyestergarn mit 100 dtex und 36 Einzelfilamenten mit einer inneren Umwindung aus 0,041 mm starkem, hart versilbertem Kupferdraht und einer äußeren Umwindung aus handelsüblichem Polyamidgarn (PA66) mit 78 dtex und 34 Einzelfilamenten ausgestattet.The elastic, electrically conductive Composite yarn from Example 1 is on a commercially available weaving machine used as a weft. The warp beam consists of an electric conductive, but not rubber-elastic composite yarn. For the production the warp thread becomes a commercial one Polyester yarn with 100 dtex and 36 individual filaments with an inner Wrapping made of 0.041 mm thick, hard silver-plated copper wire and an outer turn from commercially available Polyamide yarn (PA66) equipped with 78 dtex and 34 single filaments.
Beim Verweben entsteht ein festes Gewebe, das über eine ausgezeichnete elektrische Leitfähigkeit in Schussfadenrichtung und eine davon unabhängige elektrische Leitfähigkeit in Richtung des Kettfadens verfügt. Selbst nach einer Dehnung um mehr als 120% in Schussfadenrichtung bleiben diese elektrischen Eigenschaften erhalten. Dieses kostengünstig zu fertigende Gewebe kann bei einer entsprechenden elektronischen Ansteuerung als Matrix zur ortsauflösenden Signalerfassung bzw. zum Betrieb einer ortsauflösenden Ausgabeeinheit wie z. B. eines Bildschirms eingesetzt werden.When weaving, a solid is created Tissue that over excellent electrical conductivity in the weft direction and an independent one electric conductivity in the direction of the warp thread. Even after stretching more than 120% in the weft direction these electrical properties are retained. This inexpensively too Manufacturing tissue can with an appropriate electronic control as a matrix for spatially resolving Signal acquisition or for the operation of a spatially resolving output unit such. B. a screen can be used.
Beispiel 4:Example 4:
Ein elastischer Faden aus Lycra 163C (Du Pont de Nemours GmbH, Du Pont Straße 1, D-61352, Bad Homburg) mit 1880 dtex wird auf einer Garnumwindemaschine vorgestreckt. Der vorgestreckte Lycra Faden wird durch eine Hohlspindel geführt. Diese Hohlspindel trägt eine konische Garnspindel, von der über Kopf ein mit Silber beschichteter Polyamidfaden mit 30 denier und 18 Einzelfilamenten (X-static, Life SRL, 1-25015 Desenzano, Italien) durch den Lycrafaden abgezogen wird. Das einfach mit der silberbeschichteten Faser umwundene Lycra wird durch eine zweite Hohlspindel geführt. Diese Hohlspindel trägt ein handelsübliches Multifilament-Polyamidgarn aus PA66 mit 33 dtex und 10 Einzelfilamenten. Das PA66 Garn wird gegenläufig zur silberbeschichteten Faser um den Kern gewickelt. Die Maschinenparameter werden so ausgewählt, dass ein ausbalanziertes Garn entsteht, das möglichst frei von inneren Torsionsspannungen ist. Das äußere PA66 Garn ist 3200 Mal pro Meter Garn um den Kern gewunden; der silberbeschichtete Faden ist 3600 Mal pro Meter Garn um den Kern gewunden. Der innen liegende silberbeschichtete Faden ist nicht vollständig von dem außen liegenden PA66 Garn bedeckt. Das Garn verfügt über ausgezeichnete elektrische Leitfähigkeit. Bei einer Dehnung um ca. 250% wird die Rückstellkraft des Garns durch vollständige Streckung des PA66 Garns überproportional stärker. Erst bei ca. 320% Dehnung reißen die den Lycrakern umhüllenden Garne.An elastic thread made of Lycra 163C (Du Pont de Nemours GmbH, Du Pont Straße 1, D-61352, Bad Homburg) with 1880 dtex is stretched on a yarn winding machine. The pre-stretched Lycra thread is passed through a hollow spindle. This Hollow spindle carries a conical thread spindle, one of which is coated with silver Polyamide thread with 30 denier and 18 individual filaments (X-static, Life SRL, 1-25015 Desenzano, Italy) by the Lycrafaden becomes. The Lycra simply wrapped with the silver-coated fiber is guided through a second hollow spindle. This hollow spindle carries a commercially available Multifilament polyamide yarn made of PA66 with 33 dtex and 10 individual filaments. The PA66 yarn runs in opposite directions wrapped around the core as a silver-coated fiber. The machine parameters are selected so that A balanced yarn is created that is as free as possible from internal torsional stresses is. The outer PA66 Yarn is wound around the core 3200 times per meter of yarn; the silver-coated Thread is wound around the core 3600 times per meter of yarn. The inside lying silver coated thread is not completely of the outside lying PA66 yarn covered. The yarn has excellent electrical Conductivity. With a stretch of approx. 250%, the restoring force of the yarn is reduced full extension of the PA66 yarn disproportionately stronger. First tear at about 320% elongation those enveloping the Lycra Yarns.
Beispiel 5:Example 5:
Das elastische, elektrisch leitende Verbundgarn aus Beispiel 4 wird auf einer handelsüblichen Webmaschine als Schussfaden eingesetzt. Der Kettbaum besteht aus einem elektrisch leitenden, aber nicht gummielastischen Verbundgarn. Zur Herstellung des Kettfadens wird ein handelsübliches Polyestergarn mit 100 dtex und 36 Einzelfilamenten mit einer inneren Umwindung aus einem mit Silber beschichteten Polyamidfaden mit 30 Denier und 18 Einzelfilamenten (X-static, Life SRL, 1-25015 Desenzano, Italien) und einer äußeren Umwindung aus handelsüblichem Polyamidgarn (PA66) mit 33 dtex und 10 Einzelfilamenten ausgestattet.The elastic, electrically conductive Composite yarn from Example 4 is on a commercially available weaving machine used as a weft. The warp beam consists of an electric conductive, but not rubber-elastic composite yarn. For the production the warp thread becomes a commercial one Polyester yarn with 100 dtex and 36 individual filaments with an inner Wrapped in a silver coated polyamide thread with 30 Denier and 18 single filaments (X-static, Life SRL, 1-25015 Desenzano, Italy) and an external turn from commercially available Polyamide yarn (PA66) equipped with 33 dtex and 10 single filaments.
Beim Verweben entsteht ein festes Gewebe, das über eine ausgezeichnete elektrische Leitfähigkeit verfügt. Aufgrund der nicht vollständigen Isolierung der silberbeschichteten Umwindungen sowohl im Kett-, als auch im Schussfaden stehen in dem Gewebe alle elektrisch leitenden Garne miteinander in elektrischem Kontakt. Selbst nach einer Dehnung um mehr als 100% in Schussfadenrichtung bleibt diese richtungsunabhängige elektrische Leitfähigkeit erhalten. Ein derartiges Gewebe verfügt über ausgezeichnete abschirmende Eigenschaften gegen elektromagnetische Strahlung insbesondere im Bereich von 1 bis 2000 MHz.Weaving creates a strong fabric that has excellent electrical conductivity. Due to the incomplete insulation of the silver-coated wraps in both the warp and weft threads, all electrically conductive yarns in the fabric are in electrical contact with one another. Even after stretching more than 100% in the weft direction, this direction-independent electrical conductivity remains Such a fabric has excellent shielding properties against electromagnetic radiation, in particular in the range from 1 to 2000 MHz.
Beispiel 6:Example 6:
Das elastische, elektrisch leitende Verbundgarn aus Beispiel 1 wird auf einer handelsüblichen Bandwebmaschine als Kettfaden eingesetzt. Der Kettbaum besteht abwechselnd aus Sequenzen zu je 8 gleichartigen Fäden. Dabei wird zwischen Achterbündeln aus den in Beispiel 1 beschriebenen Garnen und solchen ohne leitfähigen Anteil abgewechselt. Die Fäden ohne leitfähigen Anteil entsprechen weitgehend den in Beispiel 1 beschriebenen Garnen völlig bis auf die Tatsache, dass anstatt des Drahtes ein Multifilament-Polyamidgarn aus PA66 mit 78 dtex und 34 Einzelfilamenten eingesetzt wird. Als Schussfaden wird ein handelsübliches Multifilament-Polyamidgarn eingesetzt.The elastic, electrically conductive Composite yarn from Example 1 is on a commercial ribbon loom used as a warp thread. The warp beam alternately consists of sequences with 8 identical threads each. It is between bundles of eight from the yarns described in Example 1 and those without a conductive component alternated. The strings without conductive Portion largely correspond to the yarns described in Example 1 completely except for the fact that instead of the wire a multifilament polyamide yarn made of PA66 with 78 dtex and 34 single filaments. As Weft thread becomes a commercial one Multifilament polyamide thread used.
Das so hergestellte elastische Band besitzt nebeneinander vorliegende, untereinander elektrisch isolierte, leitende Bänder. Um Kurzschlüsse zwischen den leitenden Bändern auch in feuchter Umgebung auszuschließen, ist die Verwendung eines kunststoffbeschichteten Drahtes zur Herstellung des Garnes vorteilhaft. Ein in diesem Beispiel beschriebenes elastisches Flachkabel eignet sich hervorragend zum Anschluss elektrischer bzw. elektronischer Bauteile in Bekleidung. Das Band kann ohne Verlust der elektrischen Leitfähigkeit in Kettrichtung gedehnt werden. Gegen die beim Tragen von Bekleidung entstehenden Knicke und Falten ist das Band nicht empfindlich.The elastic band made in this way has side by side, electrically insulated from each other, conductive tapes. Short circuits between the conductive tapes The use of a plastic-coated can also be ruled out in damp environments Wire advantageous for the production of the yarn. One in this example The described elastic flat cable is ideal for Connection of electrical or electronic components in clothing. The tape can be used without loss of electrical conductivity be stretched in the warp direction. Against those when wearing clothing Any kinks and folds that occur are not sensitive to the tape.
Beispiel 7:Example 7:
Das elastische, elektrisch in Schussfadenrichtung leitende Gewebe aus Beispiel 2 wird mittels handelsüblicher Bandkabelstecker auf einer Breite von 1,1 cm und einer Länge von 50 cm elektrisch in Schussfadenrichtung kontaktiert. Nach Anlegen einer Gleichspannung fließt elektrischer Strom. In der Mitte zwischen den Anschlussstellen wird die aus dem Stromfluss resultierende Temperaturerhöhung mittels eines NTC-Widerstandes bestimmt. Bei einer Heizleistung von 5 W (1,4 A bei 3,6 V) beträgt die erreichte Temperaturerhöhung bereits 30 °C. Bei einem Heizstrom von 13 W (2 A bei 6,5 V) beträgt die Temperaturerhöhung 64,5 °C.The elastic, electrically in the weft direction Conductive fabric from Example 2 is made commercially available Ribbon cable connector with a width of 1.1 cm and a length of 50 cm electrically contacted in the weft direction. After creation a DC voltage flows electrical current. In the middle between the connection points the temperature increase resulting from the current flow by means of of an NTC resistor. With a heating power of 5 W. (1.4 A at 3.6 V) the temperature increase reached already 30 ° C. With a heating current of 13 W (2 A at 6.5 V) the temperature increase is 64.5 ° C.
Durch die Dehnbarkeit und die textile Haptik des Gewebes eignet es sich bestens zur Herstellung von elastischen, elektrisch heizbaren Textilien, die im direkten Körperkontakt stehen. Beispiele für Applikationen sind Socken, Gelenkwärmer, Rückenwärmer, Handschuhe, elastische Binden etc.Due to the elasticity and the textile The feel of the fabric is ideal for the production of elastic, electrically heated textiles that are in direct body contact stand. examples for Applications are socks, joint warmers, back warmers, gloves, elastic Bandages etc.
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