試作人のつぶやき

PPS（ポリフェニレンサルファイド）は、高耐熱性・耐薬品性・寸法安定性を高次元でバランスしたスーパーエンジニアリングプラスチックです。
連続使用温度は200℃前後に達し、酸・アルカリ・有機溶剤に対しても優れた耐性を持つことから、金属代替材料として幅広い産業分野で採用が進んでいます。
特に、自動車のエンジン周辺部品や電装部品、電子機器のコネクタ、化学装置の耐食部材など、高温・高負荷・腐食環境といった過酷条件下での使用に適している点が大きな特徴です。
また、難燃性を標準で備え、電気絶縁性にも優れるため、安全性が求められる用途でも高い評価を得ています。
一方で、PPSは結晶性樹脂特有の脆さや、成形条件のシビアさといった側面も持ち、適切な材料選定と設計が不可欠です。
そのため、特性だけでなく加工性や用途適合性まで含めた総合的な理解が重要になります。
本記事では、PPSの基本特性から種類、加工方法、用途、他材料との比較までを体系的に解説し、実務で使える材料選定の判断軸をわかりやすく整理します。

PPSとは

PPS（ポリフェニレンサルファイド）は、硫黄（サルファイド結合）とベンゼン環が交互に連なった構造を持つ結晶性のスーパーエンジニアリングプラスチックです。
一般的なエンジニアリングプラスチック（いわゆるエンプラ）よりもさらに高い耐熱性や耐薬品性を持ち、「過酷環境で使える樹脂」として位置づけられています。
最大の特徴は、高温・薬品・電気特性のバランスが非常に優れていることです。
連続使用温度はおよそ200℃前後に達し、樹脂でありながら金属部品の代替として採用されるケースも珍しくありません。
また、酸・アルカリ・有機溶剤に対する耐性も高く、腐食環境下でも安定した性能を維持できます。
さらに、PPSはもともと難燃性を備えており、添加剤なしでも自己消火性を持つ点も大きな強みです。
電気絶縁性にも優れているため、電装部品や電子機器分野との相性も非常に良好です。
一方で、結晶性樹脂特有の性質として、やや脆い（衝撃に弱い）という側面があり、設計時には応力集中や肉厚設計に配慮が必要になります。
また、成形条件も比較的シビアで、加工ノウハウが品質に大きく影響する材料でもあります。
このようにPPSは、「ただ高性能なだけでなく、使いどころを見極めることで真価を発揮する材料」といえます。

PPSの化学構造と特徴（分子構造の視点）

PPSの特性を理解するうえで重要なのが、その分子構造です。
PPSはベンゼン環（芳香族環）と硫黄原子が交互に結合した直鎖構造を持っています。
この構造が、他の樹脂にはない独特の性能を生み出しています。
まず、ベンゼン環は非常に剛直で熱的に安定した構造を持つため、これがPPSの高い耐熱性のベースになっています。
分子が熱で動きにくいため、高温環境でも形状や性能が崩れにくいのです。
一方で、硫黄原子（サルファイド結合）は化学的に安定しており、多くの薬品に対して反応しにくい性質を持っています。
このため、PPSは酸やアルカリ、溶剤といった腐食性のある環境でも劣化しにくく、耐薬品性に優れる材料となっています。
さらに、PPSは結晶性樹脂であるため、分子が規則正しく並ぶ領域（結晶部）を持ちます。
これにより、寸法安定性や機械的強度が向上する一方で、衝撃に対してはやや割れやすくなるという特徴も生まれます。
このように、PPSの「強み」と「弱み」はすべて分子構造に起因しています。
つまり、材料選定の際には、この構造的背景を理解しておくことが非常に重要になります。

エンジニアリングプラスチックとしての位置づけ

プラスチック材料は一般的に「汎用プラスチック」「エンジニアリングプラスチック（エンプラ）」「スーパーエンジニアリングプラスチック（スーパーエンプラ）」の3つに分類されます。
PPSはこの中で、最も高性能なカテゴリであるスーパーエンプラに属する材料です。
スーパーエンプラの定義は明確に決まっているわけではありませんが、一般的には「連続使用温度が150℃以上」「高い機械特性・耐薬品性を持つ」といった条件を満たす材料が該当します。
PPSはこれらの条件を十分に満たしており、PEEKやポリイミド（PI）などと並ぶ代表的な存在です。
エンプラの中でも、PPSは特にバランス型の材料といわれます。
たとえば、PEEKは非常に高性能ですがコストが高く、ナイロン（PA）は扱いやすい反面、吸水による寸法変化があります。
その点、PPSは耐熱・耐薬品・寸法安定性のバランスがよく、コスト面でも比較的現実的なため、「ちょうどいい高性能材料」として選ばれることが多いです。
そのため、PPSは「金属からの置き換え」や「他エンプラからのグレードアップ」の中間的な選択肢として、多くの現場で採用されています。

他スーパーエンプラとの比較（PEEK・PIなど）

PPSを正しく評価するためには、他のスーパーエンプラとの違いを理解しておくことが重要です。
代表的な比較対象としては、PEEK（ポリエーテルエーテルケトン）やPI（ポリイミド）が挙げられます。
まずPEEKは、耐熱性・機械強度・耐摩耗性など、ほぼすべての性能において非常に高いレベルを持つ材料です。
ただし、その分コストが高く、用途によってはオーバースペックになることもあります。
一方でPPSは、PEEKほどの極限性能はないものの、実用上十分な性能を持ちながらコストを抑えられる点がメリットです。
次にPI（ポリイミド）は、さらに高温環境に強く、航空宇宙分野などでも使用される超高性能材料です。
ただし、加工性が悪く、成形が難しいという課題があります。
それに対してPPSは、射出成形が可能で量産性に優れており、工業用途で扱いやすい材料といえます。
このように比較すると、PPSは「性能・コスト・加工性のバランスが取れた現実解」として位置づけることができます。
つまり、極限性能が必要な場合はPEEKやPI、量産性とコストも重視するならPPSという使い分けが基本になります。

PPSの主な特性

耐熱性（連続使用温度・融点）

PPSの最大の強みのひとつが、非常に高い耐熱性です。
連続使用温度はおよそ200℃前後とされており、一般的なエンジニアリングプラスチックを大きく上回る耐熱性能を持っています。
これは、分子構造に含まれるベンゼン環の剛直性と、硫黄結合の安定性によるものです。
また、PPSの融点は約280℃程度と高く、成形時にも高温条件が必要になりますが、その分、使用環境での熱変形が起きにくいというメリットがあります。
特に、エンジン周辺部品や高温流体が流れる装置部品など、熱負荷の大きい用途に適しています。
さらに、熱によるクリープ（長時間荷重による変形）にも比較的強く、長期使用においても形状を維持しやすい点が評価されています。
ただし、ガラス繊維強化グレードなどを使用することで、さらに耐熱性や剛性を向上させるケースが一般的です。

耐薬品性・耐食性

PPSは、プラスチックの中でもトップクラスの耐薬品性を誇ります。
酸・アルカリ・有機溶剤といった多くの化学薬品に対して安定しており、腐食による劣化が起きにくいのが特徴です。
このため、化学プラントや薬品搬送装置、ポンプ・バルブ部品など、腐食環境にさらされる用途で広く使用されています。
特に金属材料では腐食が問題になる場面において、PPSは有力な代替材料となります。
ただし、すべての薬品に対して万能というわけではなく、高温下での強酸化性物質（濃硝酸や濃硫酸など）には注意が必要です。
また、使用温度と薬品の組み合わせによって耐性が変わるため、実際の使用条件での確認が重要になります。

難燃性（自己消火性・UL規格）

PPSは、添加剤を使用しなくても難燃性を持つ数少ない樹脂のひとつです。
自己消火性があり、燃焼しても炎が広がりにくいため、安全性が求められる用途に適しています。
一般的に、PPSはUL94規格においてV-0相当の難燃性を達成できるケースが多く、電気・電子部品での採用が進んでいます。
特にコネクタやリレー、スイッチ部品などでは、発熱や発火リスクへの対策として重要な特性です。
また、燃焼時の発煙量が比較的少ない点も評価されるポイントです。
これにより、火災時の視認性確保や有害ガス低減といった観点でもメリットがあります。

寸法安定性（吸水率・熱膨張）

PPSは吸水率が非常に低く、水分による寸法変化がほとんど起こらない材料です。
ナイロン（PA）のように吸水によって膨張・性能変化が起こる材料とは異なり、湿度環境の影響を受けにくいのが大きな特徴です。
また、熱膨張係数も比較的小さく、温度変化による寸法変動が少ないため、精密部品や嵌合部品に適しています。
特に、電子部品や精密機構部品では、この寸法安定性が重要な評価ポイントになります。
さらに、ガラス繊維強化グレードを使用することで、熱膨張をさらに抑制することが可能です。
ただし、繊維配向による異方性（方向による収縮差）が発生するため、金型設計やゲート位置には注意が必要です。

電気特性（絶縁性・誘電特性）

PPSは優れた電気絶縁性を持ち、幅広い温度域・湿度環境において安定した電気特性を維持します。
絶縁抵抗が高く、リーク電流が発生しにくいため、電気・電子部品に適した材料です。
また、誘電率や誘電損失も比較的安定しており、高周波用途にも対応可能です。
このため、コネクタや基板周辺部品、通信機器などでも使用されています。
さらに、耐トラッキング性（表面に電流が流れて劣化する現象への耐性）にも優れており、安全性の高い材料として評価されています。
これらの特性により、PPSは電気絶縁材料として非常に信頼性の高い選択肢となっています。

機械的特性（強度・剛性・脆性）

PPSは高い剛性と強度を持つ一方で、衝撃に対してはやや脆いという特徴があります。
引張強度や曲げ強度は高く、荷重に対して変形しにくい材料ですが、急激な衝撃や応力集中によって割れが発生しやすい点には注意が必要です。
特に、ノッチ（切り欠き）やシャープなコーナー部分では応力集中が起きやすく、クラックの原因となります。
そのため、設計時にはR付けや肉厚の均一化などの配慮が重要になります。
また、ガラス繊維強化PPSでは、剛性や強度がさらに向上する一方で、より脆性が強くなる傾向があります。
用途によっては、耐衝撃性を重視して他材料を選定するケースもあります。
このようにPPSは、「高強度＝万能」ではなく、剛性は高いが衝撃には弱い材料として理解しておくことが、適切な設計・選定につながります。

PPSのグレードと種類

ガラス繊維強化PPS（GF入り）

PPSの中でも最も一般的に使用されているのが、ガラス繊維（GF）を配合した強化グレードです。
ガラス繊維を添加することで、剛性・強度・耐熱変形性が大幅に向上し、構造部品としての使用が可能になります。
特に、自動車部品や機械部品では、金属の代替として採用されるケースが多く、寸法安定性の高さと相まって、高精度な部品にも対応できます。
また、クリープ特性も改善されるため、長期荷重がかかる用途にも適しています。
一方で、ガラス繊維の配向によって異方性が発生しやすく、反りや寸法ばらつきの原因になることがあります。
さらに、繊維の影響で表面が粗くなりやすく、外観用途には不向きな場合もあります。
つまり、GF入りPPSは**「構造部品向けの主力グレード」**として位置づけられます。

カーボン繊維強化PPS

カーボン繊維を配合したPPSは、さらに高い剛性と軽量性を実現できる高機能グレードです。
ガラス繊維よりも軽量でありながら、高い強度と耐疲労性を持つため、軽量化が求められる用途に適しています。
また、カーボン繊維は導電性を持つため、帯電防止や静電気対策が必要な用途にも有効です。
例えば、電子部品の搬送部品や半導体製造装置の一部などで使用されることがあります。
ただし、コストが高くなる点や、導電性が不要な用途では逆にデメリットとなる点には注意が必要です。
また、加工時の摩耗（工具摩耗）が大きくなる傾向もあります。
このグレードは、**「軽量・高剛性＋αの機能が必要な場合」**に選ばれます。

摺動グレード（PTFE・潤滑材添加）

摺動用途に特化したPPSとして、PTFE（フッ素樹脂）や各種潤滑材を配合したグレードがあります。
これにより、低摩擦・耐摩耗性が大幅に向上し、無潤滑環境でも安定した摺動性能を発揮します。
主な用途としては、ギア、ベアリング、ブッシュ、スライド部品などが挙げられます。
金属同士の摺動では潤滑油が必要になる場面でも、PPS摺動グレードであればメンテナンスフリー化が可能になるケースがあります。
また、耐熱性や耐薬品性も維持されているため、高温環境や薬品雰囲気下での摺動部品としても有効です。
ただし、潤滑材の添加により機械強度が若干低下する場合があるため、荷重条件とのバランスを考慮する必要があります。

低バリ・低反りグレード

射出成形における品質課題を改善するために開発されたのが、低バリ・低反りグレードです。
PPSは流動性が高い一方で、バリが発生しやすく、また結晶化収縮による反りが問題になることがあります。
これらの課題に対して、フィラー設計や分子量制御を最適化することで、成形時の寸法安定性や外観品質を向上させたグレードが存在します。
特に、精密部品や薄肉部品では、このようなグレードの採用が品質安定に直結します。
また、量産時の歩留まり改善やコスト低減にも寄与するため、実務上のメリットは非常に大きいです。
いわば、**「成形現場の課題を解決するための実務型グレード」**といえます。

導電・帯電防止グレード

電子部品や半導体分野では、静電気によるトラブル（ESD対策）が重要になります。
そのため、PPSにも導電性や帯電防止性を付与したグレードが用意されています。
カーボンブラックや導電フィラーを添加することで、表面抵抗値をコントロールし、静電気の蓄積を防ぐことが可能です。
これにより、電子部品の破壊防止や異物付着の抑制といった効果が得られます。
用途としては、半導体製造装置部品、電子部品搬送トレイ、クリーン環境用部材などが代表的です。
ただし、導電性を持たせることで絶縁性が低下するため、電気特性が重要な用途では慎重な選定が必要です。

PPSの加工方法と注意点

射出成形のポイント（温度・金型設計）

PPSは主に射出成形で使用される材料ですが、成形条件の適正化が品質を大きく左右する樹脂です。
特に重要なのが温度管理で、シリンダー温度は300℃前後、金型温度は130～160℃程度と、一般的な樹脂よりも高温条件が求められます。
金型温度が低いと結晶化が不十分になり、機械特性や耐熱性が低下するだけでなく、寸法不安定や内部応力の原因になります。
逆に適正な温度管理を行うことで、PPS本来の性能を最大限引き出すことができます。
また、PPSは流動性が高いため、薄肉部品にも対応しやすい反面、バリが発生しやすいという特徴があります。
そのため、金型の合わせ面精度やクランプ力の管理が重要になります。
ゲート設計においては、繊維強化グレードの場合、繊維配向を考慮した配置が必要です。
これを無視すると、反りや強度のバラつきにつながります。

切削加工の可否と注意点

PPSは成形品として使用されることが多いですが、切削加工も可能です。
ただし、材料特性上いくつかの注意点があります。
まず、PPSは比較的硬く、かつ脆性があるため、切削時に欠けやクラックが発生しやすい傾向があります。
特にエッジ部や薄肉部分では注意が必要です。
また、ガラス繊維やカーボン繊維を含むグレードでは、工具摩耗が大きくなるため、超硬工具やコーティング工具の使用が推奨されます。
切削条件としては、低送り・高回転よりも、安定した切り込みで応力を分散させることが重要です。
さらに、熱による影響は比較的小さいものの、局所的な発熱によって変色や微細な劣化が起こる場合もあるため、必要に応じてエアブローなどで冷却を行います。

成形時のガス発生と対策

PPSは高温で加工されるため、成形時に微量のガスが発生することがあります。
このガスが金型内に滞留すると、焼け（ガス焼け）やショートショットの原因になります。
特に、複雑形状や薄肉部品ではガス抜けが悪くなりやすく、品質不良の発生リスクが高まります。
そのため、金型設計においては適切なガスベント（ガス抜き）を設けることが重要です。
また、材料自体の乾燥も重要なポイントです。
PPSは吸水性が低い材料ですが、それでも保管状態によっては微量の水分を含むことがあり、これが成形時のガス発生につながる場合があります。
成形前には適切な乾燥処理を行うことで、不良リスクを低減できます。

二次加工（接着・溶着・表面処理）

PPSは化学的に非常に安定しているため、接着が難しい材料として知られています。
一般的な接着剤では十分な接着強度が得られないことが多く、表面処理（プラズマ処理やエッチングなど）を併用する必要があります。
また、熱溶着についても、結晶性樹脂であるため条件管理が難しく、安定した接合を得るには専用の工法や設備が求められます。
一方で、機械的固定（ねじ止め・圧入など）は比較的容易ですが、脆性があるため、締結トルクや圧入力の管理が重要です。
過大な応力をかけるとクラックの原因になります。
塗装やめっきといった表面処理も可能ではありますが、密着性の確保が課題となるため、前処理の工夫が必要です。

成形不良の種類と対策（反り・クラック等）

PPSでよく見られる成形不良としては、「反り」「クラック」「バリ」「ショートショット」などが挙げられます。
これらは材料特性と成形条件が密接に関係しています。
反りの主な原因は、結晶化収縮と繊維配向による異方性です。
対策としては、金型温度の均一化、ゲート位置の最適化、肉厚の均一設計などが有効です。
クラックについては、内部応力の残留や応力集中が原因となることが多く、成形条件の最適化に加えて、設計段階でのR付けや形状改善が重要になります。
バリは流動性の高さに起因するため、金型精度の向上やクランプ力の適正化で対応します。
ショートショットについては、ガス抜き不足や射出条件の不適合が主な原因です。
つまり、PPSの不良対策は「材料・金型・成形条件」の三位一体で考える必要があります。
どれか一つだけを調整しても、根本解決にはならないケースが多いのが特徴です。

PPSの用途と活用分野

自動車分野（エンジン周辺・電装部品）

PPSは自動車分野において、最も採用が進んでいるスーパーエンプラのひとつです。
特にエンジン周辺や電装部品では、高温・振動・薬品（オイルや冷却水）といった過酷な環境に耐えられる材料として重宝されています。
具体的には、ウォーターポンプ部品、サーモスタットハウジング、燃料系部品、各種センサー部品などに使用されています。
これらの部品は高温下で長期間使用されるため、耐熱性と耐薬品性を兼ね備えたPPSが適しています。
また、近年ではEV（電気自動車）の普及に伴い、バッテリー周辺部品やインバーター関連部品などでも採用が拡大しています。
電気絶縁性と難燃性を兼ね備えている点が、大きな評価ポイントです。
金属からの置き換えによる軽量化も進んでおり、燃費向上やCO₂削減の観点からも、PPSの需要は今後さらに拡大していくと考えられます。

電子・電気分野（コネクタ・半導体関連）

PPSは電気・電子分野でも非常に重要な材料です。
特にコネクタやリレー、スイッチ部品などでは、高い絶縁性と難燃性、そして寸法安定性が求められるため、PPSが多く採用されています。
電子部品は小型化・高密度化が進んでおり、わずかな寸法ズレが性能不良につながることがあります。
その点、PPSは吸水による膨張がほとんどなく、温度変化にも強いため、安定した精度を維持できます。
さらに、半導体製造装置の部品としても利用されており、薬品耐性やクリーン性が求められる環境でも活躍しています。
導電グレードを使用することで、静電気対策にも対応可能です。
5Gや高周波通信の普及により、電気特性の安定性がより重要になっており、PPSの採用領域は今後さらに広がると見られています。

工業機械・装置部品（ポンプ・バルブ）

工業用途では、PPSはポンプやバルブ、配管部品などに多く使用されています。
これらの用途では、耐薬品性・耐熱性・機械強度のバランスが重要であり、PPSはその条件を高いレベルで満たしています。
例えば、化学薬品を扱うポンプでは、金属材料では腐食が問題になることがありますが、PPSであれば長期間安定して使用できます。
また、軽量であるため、装置全体の軽量化にも寄与します。
さらに、摺動グレードを使用することで、ベアリングやギアなどの可動部品にも対応可能です。
無潤滑で使用できるケースも多く、メンテナンスコストの削減にもつながります。
このように、PPSは「腐食環境＋機械的負荷」がかかる装置部品において、非常に有効な材料です。

化学・医療分野での利用

PPSは化学分野において、耐薬品性を活かした用途で広く使用されています。
薬品タンクの内部部品や配管部材、フィルター部品など、腐食リスクの高い環境で活躍します。
また、医療分野でも一部用途で使用されており、滅菌環境への耐性や安定した物性が評価されています。
ただし、医療用途では生体適合性や規制要件を満たす必要があるため、グレード選定には注意が必要です。
さらに、クリーン環境での使用にも適しており、半導体や精密機器分野と共通する用途も多く見られます。

近年のトレンド（EV・5G関連用途）

近年、PPSの需要を押し上げている大きな要因が、EV（電動化）と5Gの普及です。
これらの分野では、高温・電気特性・難燃性・軽量化といった複数の要求性能が同時に求められます。
EVでは、バッテリー周辺の絶縁部品や冷却系部品、パワー半導体周辺部品などでPPSが活用されています。
特に、発熱対策と安全性の両立が求められるため、PPSの特性が非常にマッチしています。
一方、5G通信では、高周波対応部品や精密コネクタなどにおいて、寸法安定性と電気特性の安定性が重要になります。
これらの要求に対しても、PPSは有力な選択肢となっています。
今後は、再生可能エネルギーや次世代電子機器の分野でも、PPSの活用が広がっていくと予想されます。

PPSのメリット・デメリット

PPSのメリット（高耐熱・高耐薬品など）

PPSの最大のメリットは、複数の高性能特性をバランスよく持っている点にあります。
単一性能に特化した材料ではなく、「実務で使いやすい高性能材料」であることが評価されています。
まず代表的なのが耐熱性です。
連続使用温度が約200℃と高く、エンジン周辺や高温環境下でも安定した性能を維持できます。
さらに、熱による変形や劣化が起きにくく、長期間の使用にも適しています。
次に耐薬品性です。
酸・アルカリ・有機溶剤に対して非常に強く、腐食環境でも使用できるため、金属部品の代替として大きなメリットがあります。
特に、腐食対策コストの削減という観点で有効です。
また、寸法安定性も大きな強みです。
吸水率が低く、温湿度の影響を受けにくいため、精密部品や嵌合部品でも安定した性能を発揮します。
さらに、難燃性を標準で備えている点も重要です。
添加剤なしでも自己消火性を持つため、安全性が求められる用途での設計自由度が高まります。
加えて、電気絶縁性にも優れており、電装部品や電子機器分野との相性が非常に良い材料です。
これらをまとめると、PPSは**「耐熱・耐薬品・寸法安定・難燃・電気特性」を高次元でバランスした実用性の高い材料**といえます。

PPSのデメリット（脆さ・コスト）

一方で、PPSには明確なデメリットも存在します。
これを理解せずに採用すると、トラブルの原因になります。
まず大きな弱点が、**脆さ（衝撃に対する弱さ）**です。
PPSは剛性が高い反面、靭性が低く、急激な衝撃や応力集中によって割れやすい傾向があります。
特に、ノッチ部や薄肉部ではクラックが発生しやすいため、設計段階での配慮が不可欠です。
次に、成形条件のシビアさもデメリットのひとつです。
高温成形が必要であり、金型温度管理やガス対策など、加工ノウハウが品質に大きく影響します。
そのため、量産時には設備や技術レベルが求められます。
また、コスト面も無視できません。
汎用樹脂や一般的なエンプラと比較すると価格は高く、用途によってはオーバースペックになる可能性があります。
特に、性能を活かしきれない環境では、コストだけが増える結果になります。
さらに、接着や二次加工が難しい点も実務上の制約となります。
組立方法の選定によっては、設計の自由度が制限されることがあります。

使用時の注意点と上のポ設計イント

PPSを効果的に使うためには、メリットだけでなくデメリットを踏まえた設計が重要です。
特に意識すべきポイントは「応力管理」と「適材適所」です。
まず応力管理については、急激な応力集中を避ける設計が基本になります。
具体的には、コーナー部にRをつける、肉厚を急激に変化させない、ボスやリブの配置を最適化するなどの工夫が必要です。
これにより、クラックの発生リスクを大幅に低減できます。
次に、用途に応じたグレード選定も重要です。
強度が必要ならガラス繊維強化、摺動用途なら潤滑グレードといったように、「どのPPSを使うか」で性能は大きく変わります。
また、過剰品質にならないようにすることもポイントです。
例えば、耐熱性がそれほど必要ない用途でPPSを使うと、コストメリットが出ません。
PAやPBTなどの他材料で十分なケースも多いため、比較検討は必須です。
最後に、成形メーカーとの連携も重要です。
PPSは加工条件の影響を受けやすいため、設計段階から成形側とすり合わせを行うことで、品質トラブルを未然に防ぐことができます。

※こちらの記事はAIを参照して記事作成しております。
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