목차

PA6 GF30 CNC 가공: 특성 및 응용 안내

유리 섬유 30%를 강화재로 사용한 폴리아미드 6는 일반적으로 PA6 GF30으로 약칭되며, 현대 제조업에서 가장 널리 지정되는 엔지니어링 열가소성 플라스틱 중 하나입니다. 이 소재는 나일론 6의 고유한 인성과 내마모성을 유리 섬유 강화로 인한 높은 강성, 치수 안정성 및 열변형 온도와 결합합니다. 정밀 부품용 재료를 검토하는 엔지니어와 구매 담당자에게 있어, PA6 GF30의 완전한 거동 특성을 이해하는 것은 신중한 설계 결정을 내리는 데 필수적입니다. 본 종합 안내서는 PA6 GF30의 화학적 조성, 기계적 성질, 가공 시 고려사항 및 실용적 응용을 면밀히 검토하여, 성공적인 부품 규격 설정과 생산에 필요한 기술적 심층 정보를 제공합니다.

화학 조성 및 재질 구조

PA6 GF30은 약 30%의 단섬유 유리 섬유로 강화된 폴리아미드 6 매트릭스로 구성된 복합재료입니다. 기본 폴리머인 폴리아미드 6(나일론 6 또는 폴리카프롤락탐으로도 알려짐)는 카프롤락탐의 고리 개방 중합 반응을 통해 제조됩니다. 유리 섬유 강화재는 일반적으로 E-유리로, 우수한 기계적 성능과 비용 효율성을 동시에 갖추고 있습니다. 정확한 조성과 구조적 특성을 이해하면 엔지니어들이 가공 과정 및 실제 사용 시의 재료 거동을 예측하는 데 도움이 됩니다.

열 관리 및 열 팽창

폴리아미드 6 매트릭스는 복합재료의 근본적인 인성, 화학적 저항성 및 마찰·마모 특성을 제공합니다. 폴리아미드 6는 성형 또는 압출 제품에서 일반적으로 30~40%의 결정성을 갖는 준결정 구조를 나타냅니다. 폴리머 사슬에는 아미드 그룹(-CONH-)이 포함되어 있어 인접한 사슬 간 수소 결합을 형성하며, 이는 높은 기계적 강도와 열안정성에 기여합니다. 기본 폴리머의 분자량은 일반적으로 15,000~30,000 g/mol 범위이며, 용융 흐름과 최종 기계적 성질에 영향을 미칩니다. 폴리아미드 6는 주변 환경에서 수분을 흡수하며, 상대습도 50%에서 평형 수분 흡수율은 약 2.5~3.5%로, 이는 치수 안정성과 기계적 성질에 영향을 줍니다.

유리 섬유 보강의 역할

30%의 유리섬유 함량은 기본 폴리머의 기계적 특성을 극적으로 변화시킵니다. E-유리 섬유는 일반적으로 처리 후 지름 10~14마이크로미터, 길이 200~400마이크로미터이며, 복합재에 높은 인장강도와 강성을 부여합니다. 이들 섬유는 실란 계면처리제로 처리되어 유리 표면과 폴리아미드 매트릭스 간의 접착력을 향상시킵니다. 이러한 계면 결합은 폴리머 매트릭스에서 보강용 섬유로 하중이 전달되는 데 매우 중요합니다. 사출성형이나 압출 과정에서는 섬유가 주로 유동 방향으로 정렬되어, 강도와 강성이 유동 방향에서 횡방향보다 높은 이방성 특성을 형성합니다. 이러한 이방성은 부품 설계 및 가공 시 반드시 고려해야 합니다.

PA6 GF30의 기계적 특성

PA6 GF30의 기계적 특성 프로파일은 무보강 폴리아미드 6에 비해 상당한 개선을 나타냅니다. 유리섬유 보강은 인장강도, 굽힘강성 및 크리프 저항성을 증가시키는 반면, 파단 연신율은 감소시킵니다. 이러한 특성들은 하중 하에서 치수 안정성이 중요한 구조용 응용 분야에 PA6 GF30을 적합하게 만듭니다. 다음 절에서는 설계 엔지니어들이 반드시 고려해야 할 주요 기계적 파라미터들을 자세히 설명합니다.

인장 및 굽힘 강도

PA6 GF30은 성형 후 건조 상태에서 약 160~190 MPa의 인장강도를 보이며, 이는 무보강 PA6의 70~85 MPa에 비해 두 배에 달하는 수치입니다. 이로 인해 벽두께를 더 얇게 설계할 수 있고, 부품의 경량화도 가능해집니다. 굽힘강도는 230~260 MPa이며, 굽힘강성은 7,500~9,500 MPa에 이릅니다. 이러한 값들은 폴리머 매트릭스에서 고강성 유리섬유로의 효율적인 하중 전달 덕분에 달성됩니다. 다만, 수분 흡수에 의해 평형 수분 함량에서 이들 값이 20~30% 정도 감소한다는 점에 유의해야 합니다. 이는 수분 분자가 폴리아미드 매트릭스를 가소화하여 섬유-매트릭스 간의 접착력을 약화시키기 때문입니다.

충격 저항성 및 인성

유리 섬유 보강은 강도와 강성을 높여 주지만, 일반적으로 비보강 폴리아미드에 비해 충격 저항성이 감소합니다. PA6 GF30의 노치 이조드 충격 강도는 약 8~12 kJ/m²로, 비보강 PA6의 5~6 kJ/m²에 비해 높습니다. 유리 섬유의 존재는 응력 집중점을 형성하고 폴리머 매트릭스의 소성 변형을 제한합니다. 그럼에도 불구하고, PA6 GF30은 페놀 수지나 폴리에스터 복합재와 같은 더 취약한 엔지니어링 플라스틱들에 비해 여전히 우수한 충격 성능을 제공합니다. 높은 충격 저항성이 요구되는 응용 분야에서는, 일부 강성을 희생하더라도 인성(靭性)을 개선하는 엘라스토머 첨가제를 포함한 충격 개질형 PA6 GF30 등급도 이용할 수 있습니다.

PA6 GF30의 대표적 기계적 특성(성형 후 건조 상태)
특성 단위 PA6 GF30 값 강화되지 않은 PA6 값
인장강도 mm/회전 160-190 70-85
인장 탄성계수 mm/회전 9,000-11,000 2,800-3,200
파단 시 연신율 % 3-5 20-50
굽힘 강도 mm/회전 230-260 90-110
굽힘 강성 mm/회전 7,500-9,500 2,500-2,900
노치 이조드 충격시험 kJ/m² 8-12 5-6
열변형 온도(1.8 MPa) 경도(HRC, 경화) 200-215 65-75

물리적 및 열적 특성

기계적 성능 외에도, PA6 GF30은 제조 공정과 최종 사용 성능 모두에 영향을 미치는 독특한 물리적 및 열적 특성을 제공합니다. 밀도, 열팽창 계수, 그리고 연속 사용 온도는 특히 극한의 열 환경에서 작동하거나 치수 공차가 엄격히 요구되는 부품을 설계하는 엔지니어들에게 매우 중요한 파라미터입니다.

밀도 및 비중

PA6 GF30의 밀도는 약 1.35~1.40 g/cm³으로, 비보강 폴리아미드 6의 1.13~1.15 g/cm³에 비해 높습니다. 밀도 증가는 E-유리 섬유의 비중(약 2.55 g/cm³)이 폴리머 매트릭스보다 높기 때문입니다. 이러한 밀도 상승은 항공우주, 자동차 및 휴대용 장비 응용 분야에서의 중량 계산 시 반드시 고려되어야 합니다. 그럼에도 불구하고, PA6 GF30은 알루미늄(2.70 g/cm³)이나 강철(7.85 g/cm³)에 비해 여전히 훨씬 가벼워서, 중량에 민감한 구조 부품의 대체 재료로서 매력적인 선택지입니다.

열팽창 및 내열성

유리 섬유 보강은 폴리아미드 6의 선형 열팽창 계수(CLTE)를 크게 낮춥니다. PA6 GF30의 CLTE는 약 20~30 × 10⁻⁶ /°C로, 비보강 PA6의 80~100 × 10⁻⁶ /°C에 비해 현저히 낮습니다. 이러한 온도 변화에 대한 우수한 치수 안정성은 기어, 하우징, 전기 커넥터와 같은 정밀 부품에 매우 중요합니다. PA6 GF30의 열변형온도(HDT)는 1.8 MPa 하중 조건에서 200~215°C로, 최대 120~140°C까지의 온도에서 연속 사용이 가능합니다. 다만, 연속 사용 온도는 폴리머 매트릭스의 열산화 분해에 의해 제한되며, 130°C 이상의 장기간 노출은 재료를 취성화시키고 기계적 성질을 저하시킬 수 있습니다.

주요 특성 및 성능상의 장점

PA6 GF30은 다양한 엔지니어링 응용 분야에 적합하도록 설계된 독특한 특성 조합을 제공합니다. 이러한 특성을 이해함으로써 엔지니어들은 적절한 재료 등급을 선택하고, 재료의 강점을 활용하면서도 한계를 보완하는 부품을 설계할 수 있습니다.

치수 안정성 및 크리프 저항성

PA6 GF30이 무보강 폴리아미드에 비해 갖는 주요 장점 중 하나는 우수한 치수 안정성입니다. 유리섬유 보강재는 폴리머 매트릭스 내 분자 이동성을 제한하여 지속적인 하중 하에서의 크리프 현상을 감소시키고, 성형 또는 가공 후 냉각 과정에서 발생하는 변형을 최소화합니다. PA6 GF30으로 가공된 부품은 무보강 등급에 비해 시간 경과와 하중 조건에서도 공차를 더 잘 유지합니다. 이로 인해 이 소재는 장기적인 치수 정확성이 필수적인 베어링 케이지, 펌프 임펠러, 구조용 브래킷과 같은 정밀 부품에 적합합니다.

내마모성 및 마찰 특성

PA6 GF30은 금속 맞대면 부위에 대해 우수한 내마모성과 낮은 마찰 계수를 나타냅니다. 이 소재의 자가윤활 특성은 폴리아미드 매트릭스에 의해 형성되는 접촉면의 저마찰 전달막에 기인합니다. 유리섬유 보강은 표면 경도와 하중 지지력을 증가시켜 내마모성을 한층 더 향상시킵니다. 그러나 유리섬유의 연마성으로 인해 더 부드러운 금속 맞대면 부위에서는 마모가 증가할 수 있습니다. 미끄럼 접촉이 발생하는 응용 분야에서는 마찰과 마모를 더욱 줄이기 위해 이황화몰리브덴이나 PTFE를 첨가한 내부 윤활형 등급을 고려해야 합니다.

PA6 GF30의 일반적인 응용 분야

PA6 GF30은 균형 잡힌 기계적, 열적 및 마찰 특성으로 인해 다양한 산업 분야에서 널리 활용됩니다. 이 소재는 우수한 강도 대 중량 비율과 치수 안정성, 그리고 경제성을 갖추고 있어 많은 응용 분야에서 금속 부품을 대체하는 데 선호되는 선택지로 자리매김하고 있습니다. 일반적인 사용 사례를 이해하면 엔지니어들이 재료 대체와 경량화의 기회를 파악하는 데 도움이 됩니다.

자동차 및 운송 부품

자동차 산업은 PA6 GF30의 최대 수요처로, 후드 하부 부품, 구조 부품 및 내장 장식 부품에 이 소재를 사용합니다. 대표적인 적용 사례로는 흡기 매니폴드, 엔진 커버, 냉각 팬 블레이드, 오일 팬 부품 등이 있습니다. 이 소재의 내열성과 자동차 유체에 대한 화학적 저항성은 이러한 고난도 환경에 적합하게 만듭니다. 또한, PA6 GF30은 강도와 경량화의 조합이 중요한 기어 변속 부품 및 구조용 브래킷에도 사용됩니다. 정밀 가공이 요구되는 자동차 부품의 경우, 적절한 공구와 가공 조건을 적용하면 PA6 GF30은 제조 시 요구되는 정밀도와 유사한 우수한 가공성을 제공합니다. precision shift knobs.

산업용 기계 및 전기 응용 분야

산업용 기계에서는 높은 강도와 치수 안정성이 필요한 기어, 풀리, 롤러 및 마모 패드에 PA6 GF30이 지정됩니다. 이 소재의 전기 절연 특성과 내열성이 결합되어 코일 성형기, 스위치 하우징, 커넥터 본체와 같은 전기 부품에도 적합합니다. 또한, 화학적 내성과 기계적 강도가 요구되는 펌프 하우징, 밸브 부품, 임펠러 등에도 활용됩니다. PA6 GF30으로 달성 가능한 치수 정밀도는 precision terminal blocks와 비교할 수 있을 정도로 뛰어나며, 이는 까다로운 전기 환경에서도 신뢰성 있는 성능을 보장합니다. 정밀 가공이 필요한 플라스틱 부품의 경우, PA6 GF30은 가공성과 성능 사이의 훌륭한 균형을 제공합니다.

산업별 PA6 GF30의 일반적인 응용 분야
산업 전형적인 구성 요소 주요 성질 요구 사항
자동차 흡기 매니폴드, 엔진 커버, 팬 블레이드 내열성, 화학적 내성
산업 지역 기어, 풀리, 롤러, 마모 패드 내마모성, 치수 안정성
전기전도율 커넥터, 코일 성형기, 스위치 하우징 전기 절연성, 내열성
소비재 전동 공구 하우징, 가전 부품 충격 저항성, 미관
항공우주 브래킷, 클립, 비구조 부품 경량화, 난연성

PA6 GF30 가공: 최선의 관행과 고려사항

PA6 GF30 부품은 종종 사출 성형으로 생산되지만, 프로토타입 개발, 소량 생산 및 맞춤형 부품 제작에는 CNC 가공이 자주 활용됩니다. 유리 섬유 함량으로 인해 특정 가공상의 어려움이 발생하므로, 고품질의 결과를 얻기 위해서는 이를 해결해야 합니다. 적절한 공구 선택, 절삭 조건 설정 및 냉각 전략이 성공적인 가공 작업을 위해 필수적입니다. 정밀 가공된 PA6 GF30 부품을 원하는 엔지니어들에게는 이러한 고려사항을 이해하는 것이 매우 중요하며, 이는 마치 유리 섬유 강화 에폭시 적층재의 가공.

공구 선택 및 절삭 조건

유리 섬유의 연마성으로 인해 PA6 GF30을 가공할 때는 카바이드 또는 다결정 다이아몬드(PCD) 공구를 사용해야 합니다. 고속강 공구는 유리 충전 폴리머를 가공할 경우 빠르게 마모되며 표면 마감 상태도 좋지 않습니다. 대부분의 가공 작업에서는 날카로운 절삭날과 양의 후각을 갖춘 카바이드 공구를 권장합니다. 카바이드 공구의 권장 절삭 속도는 선반 가공 시 150~300 m/min이며, 이송량은 0.1~0.3 mm/회전입니다. 밀링 가공에서는 스핀들 회전수를 8,000~15,000 RPM으로 설정하고 이송량을 0.05~0.15 mm/치아로 조절하면 최적의 결과를 얻을 수 있습니다. 가장자리 깨짐을 줄이고 표면 마감을 개선하기 위해 클라임 밀링을 권장합니다.

칩 제어 및 냉각 전략

PA6 GF30은 유리 충전 복합재의 취약한 특성으로 인해 가공 중에 짧고 불연속적인 칩이 발생합니다. 이러한 칩 형태는 일반적으로 칩 배출에는 유리하지만, 연마성이 강한 칩들은 공작기계의 웨이 및 지그에 마모를 일으킬 수 있습니다. 압축공기나 냉각액을 이용한 효과적인 칩 배출은 칩 재순환과 표면 손상을 방지하는 데 필수적입니다. PA6 GF30은 건식 가공도 가능하지만, 냉각액이나 미스트 윤활을 사용하면 절삭부에서 발생하는 열을 줄여 표면 마감을 개선하고 공구 수명을 연장할 수 있습니다. 다만 냉각액은 재료와 호환되어야 하며, 그렇지 않으면 폴리머 매트릭스의 응력 균열이나 화학적 열화를 유발할 수 있습니다.

PA6 GF30과 관련 등급 간 비교

최적의 폴리아미드 등급을 선택하려면 사용 가능한 옵션 간의 차이점을 이해해야 합니다. PA6 GF30은 각각 고유한 물성 프로파일을 제공하는 유리 강화 폴리아미드 및 대체 엔지니어링 플라스틱들과 경쟁합니다. 이러한 비교를 통해 엔지니어는 응용 요구사항에 따라 정보에 기반한 재료 선택을 할 수 있습니다.

PA6 GF30 vs. PA66 GF30

유리 섬유 30% 함유 폴리아미드 66(PA66 GF30)은 PA6 GF30과 가장 가까운 경쟁자입니다. 두 재료 모두 비슷한 유리 섬유 함량을 갖지만, PA66 GF30은 더 결정성이 높고 융점이 높아 열변형온도(약 250°C 대 210°C)와 인장강도가 약간 더 높습니다. 그러나 PA6 GF30은 충격 저항성이 더 우수하며 가공 후 표면 마감 품질도 개선됩니다. 또한 PA6는 PA66보다 수분 흡수율이 낮아 습한 환경에서도 치수 안정성이 더 뛰어납니다. 비용 민감한 응용 분야에서는 PA6 GF30이 일반적으로 PA66 GF30보다 5~10% 정도 저렴하므로, 최대 열저항성이 필요하지 않은 경우 선호되는 선택입니다.

PA6 GF30 대 PA6 GF15 및 PA6 GF50

폴리아미드 6는 유리 섬유 함량이 10%에서 60%까지 다양하게 제공됩니다. PA6 GF15는 PA6 GF30에 비해 인성과 충격 저항성이 향상되어 있으며, 인장강도는 약 100~120 MPa입니다. 이 등급은 강도와 연성을 적절히 조화시켜야 하는 응용 분야에 적합합니다. PA6 GF50은 최대 강성과 강도를 제공하며, 인장강도가 200 MPa를 초과하지만 충격 저항성은 감소하고 취성은 증가합니다. PA6 GF30은 대부분의 엔지니어링 응용에서 기계적 성능, 가공성, 그리고 비용 간의 최적 균형을 제공합니다. 이러한 등급 간의 선택은 구체적인 하중 요구사항, 충격 노출 정도, 그리고 치수 공차 등의 요건에 따라 달라집니다.

PA6 GF 등급 비교
특성 PA6 GF15 PA6 GF30 PA6 GF50
인장강도 (MPa) 100-120 160-190 200-230
굽힘 강성(MPa) 4,500-5,500 7,500-9,500 12,000-14,000
노치 이조드 충격 강도(kJ/m²) 12-15 8-12 5-8
열변형 온도(°C) 190-200 200-215 210-220
밀도(g/cm³) 1.23-1.28 1.35-1.40 1.55-1.60

PA6 GF30 부품 설계 시 고려 사항

PA6 GF30을 이용한 성공적인 부품 설계를 위해서는 부품의 성능과 제조 가능성을 좌우하는 재료 특성에 대한 세심한 배려가 필요합니다. 엔지니어는 설계 단계에서 수분 흡수, 이방성 특성, 가공 공차 등을 반드시 고려해야 합니다. 적절한 설계 관행을 적용하면 신뢰성 높은 부품 성능과 비용 효율적인 생산이 보장됩니다.

수분 흡수와 치수 변화

PA6 GF30은 환경에서 수분을 흡수하여 치수 변화와 물성 변동을 유발합니다. 성형 상태 그대로의 건조한 상태에서 가공된 부품은 수분 흡수 시 팽창하게 되며, 부품 형상과 주변 습도에 따라 평형 상태에서의 치수 변화는 약 0.5~1.0% 정도입니다. 사용 중 치수 변동을 최소화하기 위해, 최종 가공 전에 부품을 예상되는 사용 환경의 수분 함량으로 조건화해야 합니다. 또는 설계 시에는 수분에 의한 치수 변화를 고려한 공차를 규정하는 것이 좋습니다. 중요한 정밀 응용에서는 수분 저항성이 높은 등급을 사용하거나 보호 코팅을 적용하여 수분 흡수를 제한하는 방안을 검토하시기 바랍니다.

이방성 및 섬유 배향 효과

가공 과정에서 유리 섬유의 배향은 PA6 GF30 부품의 이방성 기계적 특성을 생성합니다. 사출 성형된 부품에서는 섬유가 주로 유동 방향으로 정렬되어 해당 방향에서 더 높은 강도와 강성을 나타냅니다. 이러한 이방성은 가공된 부품에도 영향을 미치며, 원래 섬유 배향에 대한 방향에 따라 서로 다른 기계적 거동을 보입니다. 설계자는 가능한 한 주요 하중 경로와 일치하도록 섬유 방향을 설정해야 합니다. 또한 재료 원판에서 부품을 가공할 때에는 원래 압출 또는 성형 공정에서의 섬유 배향을 반드시 고려하여 중요 방향에서 충분한 강도를 확보해야 합니다.

Tuofa CNC: PA6 GF30 부품의 정밀 가공

Tuofa CNC 독일은 PA6 GF30 및 기타 유리 강화 폴리머를 포함한 엔지니어링 열가소성 플라스틱의 정밀 CNC 가공을 전문으로 합니다. 첨단 3축 및 5축 CNC 가공센터를 갖추고 있어, Tuofa CNC는 자동차부터 의료기기까지 다양한 산업 분야에 고 tolerances(공차) 부품을 제공합니다. 특히 연마성이 높은 유리 충전 폴리머 가공에 대한 당사의 전문성은 우수한 표면 마감과 치수 정확성을 보장합니다. PA6 GF30 부품 제작을 위해 Tuofa CNC와 파트너십을 맺으시면, 수십 년에 걸친 가공 경험과 품질에 대한 확고한 약속을 통해 혜택을 누리실 수 있습니다.

가공 능력과 품질 관리

Tuofa CNC는 고속 스핀들, 정밀 공구 및 종합 검사 장비를 갖춘 최신식 기계 가공 공장을 운영하고 있습니다. 당사는 부품 형상과 크기에 따라 ±0.01 mm 수준의 매우 엄격한 공차로 PA6 GF30 부품을 가공합니다. 첨단 CNC 프로그래밍을 통해 공구 경로를 최적화하여 공구 마모를 최소화하고, 생산 런 전체에 걸쳐 일관된 표면 품질을 보장합니다. 좌표측정기(CMM)와 표면 프로파일러를 활용한 공정 내 검사를 통해 치수 정확성과 표면 마감 상태를 확인합니다. ISO 9001 인증을 획득한 Tuofa CNC의 품질 관리 시스템은 생산되는 모든 부품에 대해 추적 가능성과 일관성을 보장합니다. 이러한 동일한 정밀한 접근 방식은 다음과 같은 부품 가공에도 적용됩니다. mounting blocks 복잡한 조립체용.

프로토타입부터 양산까지의 지원

Tuofa CNC는 고객의 원형 제작 단계부터 대량 생산에 이르기까지 전반적인 지원을 제공합니다. 원형 제작 단계에서는 재료 인증과 완전한 치수 검사 보고서를 함께 제공하며 신속한 처리를 약속합니다. 대량 생산 런에서는 품질을 유지하면서 사이클 시간을 단축하는 최적화된 가공 전략을 적용합니다. 당사의 엔지니어링 팀은 제조 가능성을 고려한 설계 피드백을 제공하여 고객이 비용 효율적인 가공을 위한 부품 설계를 최적화할 수 있도록 지원합니다. 검증을 위한 단일 원형 부품이든 수천 개의 양산 부품이든, Tuofa CNC는 가장 까다로운 사양을 충족하는 PA6 GF30 부품을 제공합니다. PA6 GF30 가공 요구사항을 상담하고 경쟁력 있는 견적을 받으시려면, Tuofa CNC에 문의해 주시기 바랍니다.

결론

PA6 GF30은 폴리아미드 6의 뛰어난 인성과 30% 유리섬유 강화로 인한 강성 및 치수 안정성을 결합한 다목적 엔지니어링 열가소성 플라스틱입니다. 균형 잡힌 기계적 특성, 내열성 및 비용 효율성 덕분에 자동차, 산업 및 전기 분야에서 선호되는 소재로 자리매김하고 있습니다. PA6 GF30을 성공적으로 활용하기 위해서는 수분 민감성, 이방성 거동 및 가공 특성을 정확히 이해하는 것이 중요합니다. Tuofa CNC와 같은 경험 많은 CNC 가공 파트너와 협력함으로써 엔지니어들은 정밀 부품 제작을 위한 이 소재의 잠재력을 최대한 발휘할 수 있습니다. 중량 절감을 위해 금속 부품을 대체하거나 고성능 플라스틱이 요구되는 신제품 개발 시에도, PA6 GF30은 수십 년간의 산업 현장 적용 실적을 바탕으로 검증된 솔루션을 제공합니다.

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