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CN114714736B - 一种抗冲击轻质宽频蜂窝结构吸波板及其制备方法 - Google Patents

一种抗冲击轻质宽频蜂窝结构吸波板及其制备方法 Download PDF

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CN114714736B CN202210366761.3A CN202210366761A CN114714736B CN 114714736 B CN114714736 B CN 114714736B CN 202210366761 A CN202210366761 A CN 202210366761A CN 114714736 B CN114714736 B CN 114714736B
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Abstract

本发明公开了一种抗冲击轻质宽频蜂窝结构吸波板及其制备方法，属于吸波材料技术领域。该吸波板包括聚脲涂层、透波面板、蜂窝吸波结构和反射层，所述蜂窝吸波结构由蜂窝芯材和吸波涂层组成，吸波涂层则由乙醇、炭黑、石墨、钡酚醛、分散剂670和偶联剂制备而成。将蜂窝芯材浸渍到制备的吸波涂层中，固化后在其上层贴覆透波面板，下层贴覆反射层，在其透波面板表面喷涂聚脲涂层，固化后即可得到所述吸波板，利用相关制备工艺用吸波涂料对蜂窝进行浸渍，在提高其相关耐环境性能的同时使得其吸波频带进一步展宽，吸波性能得到大幅度提高，使制备得到的吸波板具备质轻，优异的吸波、承载、防撞击以及耐环境性能。

Description

一种抗冲击轻质宽频蜂窝结构吸波板及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种抗冲击轻质宽频蜂窝结构吸波板及其制备方法，属于吸波材料技术领域。
背景技术
随着当代电子信息技术的发展，由电磁波辐射引起的电磁污染、电磁干扰、泄密等问题引起了人们的广泛重视，尤其是在车载吸波材料方面，除了考虑雷达波宽频吸收效果，还要考虑重量及防撞击等问题。因此，吸波材料的选材及结构设计是重要考量因素。
吸波蜂窝兼具有蜂窝的高强、高模、质轻和对电磁波良好的吸收性的特点，已成为广大研究者的热点。蜂窝加工首先是将蜂窝芯材和吸波涂层相结合，吸波涂层中对材料性能影响最大的为吸收剂，目前，使用较多的是碳基材料、铁氧体和羰基铁等吸波剂，对于碳基材料，由于其密度小、物理、化学性能稳定、耐高温、电导率高、涂层填充比小等优点，符合吸波涂层的理想条件，不过由于自身电磁属性的限制，在低频波段的吸收性能有限。对于铁氧体和羰基铁材料，因为同时具备磁损耗和电损耗性能，所以通过调节材料在涂层中的比例可实现吸收频段的拓阔，但由于本身密度较大，并且在涂层中的填充量超过一定比例才能发挥损耗性能，导致涂层重量较大。
除此之外，传统的蜂窝结构吸波面板还存在吸波性能不理想，吸波频带较窄的缺点，所以针对上述问题，本发明提出了一种具有优异吸波、承载、防撞击性能的轻质宽频蜂窝结构吸波板。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提出了一种抗冲击轻质宽频蜂窝结构吸波板及其制备方法，利用相关制备工艺用溶剂型吸波涂料对蜂窝进行浸渍，通过对聚脲涂层、透波面板、吸波蜂窝进行电磁波匹配设计，在提高其相关耐环境性能的同时使得其吸波频带进一步展宽以及吸波性能得到大幅度提高。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
本发明提供了一种抗冲击轻质宽频蜂窝结构吸波板，所述吸波板包括聚脲涂层、透波面板、蜂窝吸波结构和反射层，所述蜂窝吸波结构由蜂窝芯材和吸波涂层组成。
进一步地，所述聚脲涂层的厚度为0.8～1.5mm。
进一步地，所述透波面板为环氧面板，厚度为0.5mm。
进一步地，所述吸波涂层按重量份数计，包括以下原料：
进一步地，所述地炭黑为极松散的细粉，表观密度低，为50％的压缩品，电阻率≤3.5Ω·m。
进一步地，所述石墨的主要成分为微粉石墨，呈乳状状态，具有导电、润滑、防腐、耐高温等特点。
进一步地，所述钡酚醛为深棕色液体，具有良好的耐高温、耐水性、耐酸性和阻燃性等特点。
进一步地，所述偶联剂为KH550。
进一步地，所述吸波涂层的制备方法包括以下步骤：按所述重量份数称取各原料，按照乙醇、碳黑、石墨粉、钡酚醛、分散剂、偶联剂的顺序依次加入容器中，搅拌均匀后研磨，即可得到所述吸波涂层，每加入一个组分后要搅拌均匀，最后用篮式研磨机研磨一遍，研磨转速(2000±100)rpm，时间(2.0±0.1)h。
进一步地，所述蜂窝吸波结构厚度为17～20mm，所述反射层厚度为0.5mm，所述蜂窝芯材的材料为Nomax芳纶纸，蜂窝单元为六边形，任意两个蜂窝单元之间为胶粘层。
本发明还提供了一种上述的抗冲击轻质宽频蜂窝结构吸波板的制备方法，包括以下步骤：
(1)按所述制备方法制备吸波涂层；用气喷机将蜂窝芯材灰尘除尽，蜂窝芯材用偶联剂KH550(KH550占乙醇用量的1.5％)处理，将蜂窝芯材浸渍到吸波涂层中进行多次浸渍，每次浸渍为全部浸没，时间为5～10min；浸渍后的蜂窝材料进行预固化和固化，预固化温度为120℃，保温0.5h，固化温度为180℃，保温2h，得到所述蜂窝吸波结构，使单元壁上浸渍有吸波涂层；
(2)透波面板表面处理：用丙酮或乙醇进行表面处理，并用砂纸轻微打磨；
(3)将步骤(1)得到的蜂窝吸波结构上层贴覆透波面板，下层贴覆反射层，得到的蜂窝夹层结构；
(4)在步骤(3)得到的蜂窝夹层结构的透波面板表面喷涂聚脲涂层，该聚脲涂层起到匹配吸波结构板的电性能和防撞击的效果，固化后即可得到所述抗冲击轻质宽频蜂窝结构吸波板。
进一步地，步骤(1)中，所述浸渍的时间为5min。
进一步地，步骤(2)中，贴覆过程使用8810胶。
进一步地，步骤(4)中，所述固化的条件为：固化温度为180℃，保温2h。
本发明公开了以下技术效果：
本发明的吸波板由聚脲涂层、透波面板、蜂窝吸波结构和反射层组成，由聚脲涂层和透波面板进入蜂窝吸波结构内部的电磁波，通过内部浸渍吸波涂层的蜂窝结构腔体进行多次散射与吸收，最大限度地衰减电磁能量并由此获得宽频吸波效果。
本发明的吸波板具备合适的抗冲击厚度以及效果较好的浸渍胶液体系，使蜂窝芯材在增重较小的情况下达到良好的宽频吸波效果，吸波涂料采用乙醇作为溶剂，炭黑和石墨作为复合吸波剂，钡酚醛作为树脂基体，配合分散剂和偶联剂协同作用，使得吸波涂料具有吸波性能良好、吸收频带宽、兼容性好、质量轻等特点，远优于常规的吸波涂料，并利用相关制备工艺用溶剂型吸波涂料对蜂窝进行浸渍，通过对聚脲涂层、透波面板、吸波蜂窝进行电磁波匹配设计，在提高其相关耐环境性能的同时使得其吸波频带进一步展宽以及吸波性能得到大幅度提高，使制备得到的吸波板具备质轻，优异的吸波、承载、防撞击以及耐环境性能。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的抗冲击轻质宽频蜂窝结构吸波板的制备工艺流程图；
图2为本发明的抗冲击轻质宽频蜂窝结构吸波板的结构示意图，其中，1-聚脲涂层，2-透波面板，3-蜂窝吸波结构，4-反射层；
图3为本发明实施例1制备得到的抗冲击轻质宽频蜂窝结构吸波板在2～18GH范围内的典型反射率曲线；
图4为本发明实施例1制备得到的抗冲击轻质宽频蜂窝结构吸波板在26.5～40GH范围内的典型反射率曲线。
具体实施方式
现详细说明本发明的多种示例性实施方式，该详细说明不应认为是对本发明的限制，而应理解为是对本发明的某些方面、特性和实施方案的更详细的描述。
应理解本发明中所述的术语仅仅是为描述特别的实施方式，并非用于限制本发明。另外，对于本发明中的数值范围，应理解为还具体公开了该范围的上限和下限之间的每个中间值。在任何陈述值或陈述范围内的中间值以及任何其他陈述值或在所述范围内的中间值之间的每个较小的范围也包括在本发明内。这些较小范围的上限和下限可独立地包括或排除在范围内。
除非另有说明，否则本文使用的所有技术和科学术语具有本发明所述领域的常规技术人员通常理解的相同含义。虽然本发明仅描述了优选的方法和材料，但是在本发明的实施或测试中也可以使用与本文所述相似或等同的任何方法和材料。本说明书中提到的所有文献通过引用并入，用以公开和描述与所述文献相关的方法和/或材料。在与任何并入的文献冲突时，以本说明书的内容为准。
在不背离本发明的范围或精神的情况下，可对本发明说明书的具体实施方式做多种改进和变化，这对本领域技术人员而言是显而易见的。由本发明的说明书得到的其他实施方式对技术人员而言是显而易见得的。本发明说明书和实施例仅是示例性的。
关于本文中所使用的“包含”、“包括”、“具有”、“含有”等等，均为开放性的用语，即意指包含但不限于。
本发明实施例所用乙醇、炭黑、石墨、钡酚醛、分散剂670、偶联剂和8810胶均为通过市售购买得到，其中，乙醇的浓度为95％，炭黑为极松散的细粉，表观密度低，为50％的压缩品，电阻率≤3.5Ω·m，石墨的主要成分为微粉石墨，呈乳状状态，具有导电、润滑、防腐、耐高温等特点，钡酚醛为深棕色液体，具有良好的耐高温、耐水性、耐酸性和阻燃性等特点，所述偶联剂为KH550。
本发明实施例所用蜂窝芯材购买自上海特一新材料有限公司，材料为Nomax芳纶纸，蜂窝单元为六边形，任意两个蜂窝单元之间为胶粘层。
所需设备及生产厂家见表1。
表1本发明实施例生产过程所用设备及厂家
本发明实施例所用吸波涂层的制备方法为：按所述重量份数称取各原料，按照乙醇、碳黑、石墨粉、钡酚醛、分散剂、偶联剂的顺序依次加入容器中，搅拌均匀后研磨，即可得到所述吸波涂层，每加入一个组分后要搅拌均匀，最后用篮式研磨机研磨一遍，研磨转速(2000±100)rpm，时间(2.0±0.1)h。
本发明实施例所用透波面板为环氧面板，市售购买得到。
本发明的抗冲击轻质宽频蜂窝结构吸波板的制备工艺流程见图1，结构示意图见图2，其中，1-聚脲涂层，2-透波面板，3-蜂窝吸波结构，4-反射层。
以下通过实施例对本发明的技术方案做进一步说明。
实施例1
一种抗冲击轻质宽频蜂窝结构吸波板，包括聚脲涂层、透波面板、蜂窝吸波结构和反射层，蜂窝吸波结构由蜂窝芯材和吸波涂层组成，制备方法为：
按重量份数称取以下原料制备成吸波涂层：
吸波涂层按照以下制备方法进行制备：按上述重量份数用电子天平称取各原料，按照乙醇、碳黑、石墨粉、钡酚醛、分散剂、偶联剂的顺序依次加入容器中，用液压升降分散机搅拌均匀后研磨，即可得到吸波涂层，每加入一个组分后要搅拌均匀，最后用篮式研磨机研磨一遍，研磨转速2000rpm，时间2.1h。
用气喷机将蜂窝芯材灰尘除尽，蜂窝芯材用偶联剂KH550(KH550占乙醇用量的1.5％)处理，在浸渍槽中装入吸波涂料，将蜂窝芯材全部、多次浸渍到吸波涂料中，每次浸渍5min，取出进行预固化和固化，预固化温度为120℃，保温0.5h，固化温度为180℃，保温2h，得到具有吸波涂层的蜂窝吸波结构；
透波面板表面处理：用丙酮进行表面处理，并用砂纸轻微打磨；
将蜂窝吸波结构上层用8810胶贴覆透波面板，下层贴覆反射层，得到的蜂窝夹层结构；
将蜂窝夹层结构的透波面板表面喷涂聚脲涂层，在电热鼓风干燥箱中固化180℃，保温2h后即可得到抗冲击轻质宽频蜂窝结构吸波板，该吸波板聚脲涂层厚度为1.0mm、透波面板厚度为0.5mm、蜂窝吸波结构厚度为17mm和反射层厚度为0.5mm。
将实施例1制备得到的吸波板编号为HSR-6，根据GB/T23451-2009测得实施例1制备得到的吸波板的面密度为6.3kg/m2，在2～18GH范围内≤-4.2dB，典型反射率曲线见图3，在26.5～40GH范围内≤-4.6dB，典型反射率曲线见图4。
实施例2
一种抗冲击轻质宽频蜂窝结构吸波板，包括聚脲涂层、透波面板、蜂窝吸波结构和反射层，蜂窝吸波结构由蜂窝芯材和吸波涂层组成，制备方法为：
按重量份数称取以下原料制备成吸波涂层：
吸波涂层按照以下制备方法进行制备：按上述重量份数用电子天平称取各原料，按照乙醇、碳黑、石墨粉、钡酚醛、分散剂、偶联剂的顺序依次加入容器中，用液压升降分散机搅拌均匀后研磨，即可得到吸波涂层，每加入一个组分后要搅拌均匀，最后用篮式研磨机研磨一遍，研磨转速2000rpm，时间2.0h。
用气喷机将蜂窝芯材灰尘除尽，蜂窝芯材用偶联剂KH550(KH550占乙醇用量的1.5％)处理，在浸渍槽中装入吸波涂料，将蜂窝芯材全部、多次浸渍到吸波涂料中，每次浸渍10min，取出进行预固化和固化，预固化温度为120℃，保温0.5h，固化温度为180℃，保温2h；得到具有吸波涂层的蜂窝吸波结构；
透波面板表面处理：用乙醇进行表面处理，并用砂纸轻微打磨；
将蜂窝吸波结构上层用8810胶贴覆透波面板，下层贴覆反射层，得到的蜂窝夹层结构；
将蜂窝夹层结构的透波面板表面喷涂聚脲涂层，在电热鼓风干燥箱中固化180℃，保温2h后即可得到抗冲击轻质宽频蜂窝结构吸波板，该吸波板聚脲涂层厚度为1.0mm、透波面板厚度为0.5mm、蜂窝吸波结构厚度为17mm和反射层厚度为0.5mm。
根据GB/T23451-2009测得实施例2制备得到的吸波板的面密度为6.0kg/m2，在2～18GH范围内≤-5.4dB，在26.5～40GH范围内≤-5.9dB。
实施例3
一种抗冲击轻质宽频蜂窝结构吸波板，包括聚脲涂层、透波面板、蜂窝吸波结构和反射层，蜂窝吸波结构由蜂窝芯材和吸波涂层组成，制备方法为：
按重量份数称取以下原料制备成吸波涂层：
吸波涂层按照以下制备方法进行制备：按上述重量份数用电子天平称取各原料，按照乙醇、碳黑、石墨粉、钡酚醛、分散剂、偶联剂的顺序依次加入容器中，用液压升降分散机搅拌均匀后研磨，即可得到吸波涂层，每加入一个组分后要搅拌均匀，最后用篮式研磨机研磨一遍，研磨转速2100rpm，时间1.9h。
用气喷机将蜂窝芯材灰尘除尽，蜂窝芯材用偶联剂KH550(KH550占乙醇用量的1.5％)处理，在浸渍槽中装入吸波涂料，将蜂窝芯材全部、多次浸渍到吸波涂料中，每次浸渍8min，取出进行预固化和固化，预固化温度为120℃，保温0.5h，固化温度为180℃，保温2h；得到具有吸波涂层的蜂窝吸波结构；
透波面板表面处理：用乙醇进行表面处理，并用砂纸轻微打磨；
将蜂窝吸波结构上层用8810胶贴覆透波面板，下层贴覆反射层，得到的蜂窝夹层结构；
将蜂窝夹层结构的透波面板表面喷涂聚脲涂层，在电热鼓风干燥箱中固化180℃，保温2h后即可得到抗冲击轻质宽频蜂窝结构吸波板，该吸波板聚脲涂层厚度为1.5mm、透波面板厚度为0.5mm、蜂窝吸波结构厚度为20mm和反射层厚度为0.5mm。
根据GB/T23451-2009测得实施例3制备得到的吸波板的面密度为5.2kg/m2，在2～18GH范围内≤-7.3dB，在26.5～40GH范围内≤-8.8dB。
实施例4
一种抗冲击轻质宽频蜂窝结构吸波板，包括聚脲涂层、透波面板、蜂窝吸波结构和反射层，蜂窝吸波结构由蜂窝芯材和吸波涂层组成，制备方法为：
按重量份数称取以下原料制备成吸波涂层：
吸波涂层按照以下制备方法进行制备：按上述重量份数用电子天平称取各原料，按照乙醇、碳黑、石墨粉、钡酚醛、分散剂、偶联剂的顺序依次加入容器中，用液压升降分散机搅拌均匀后研磨，即可得到吸波涂层，每加入一个组分后要搅拌均匀，最后用篮式研磨机研磨一遍，研磨转速1900rpm，时间2.1h。
用气喷机将蜂窝芯材灰尘除尽，蜂窝芯材用偶联剂KH550(KH550占乙醇用量的1.5％)处理，在浸渍槽中装入吸波涂料，将蜂窝芯材全部、多次浸渍到吸波涂料中，每次浸渍9min，取出进行预固化和固化，预固化温度为120℃，保温0.5h，固化温度为180℃，保温2h；得到具有吸波涂层的蜂窝吸波结构；
透波面板表面处理：用乙醇进行表面处理，并用砂纸轻微打磨；
将蜂窝吸波结构上层用8810胶贴覆透波面板，下层贴覆反射层，得到的蜂窝夹层结构；
将蜂窝夹层结构的透波面板表面喷涂聚脲涂层，在电热鼓风干燥箱中固化180℃，保温2h后即可得到抗冲击轻质宽频蜂窝结构吸波板，该吸波板聚脲涂层厚度为0.8mm、透波面板厚度为0.5mm、蜂窝吸波结构厚度为18mm和反射层厚度为0.5mm。
根据GB/T23451-2009测得实施例4制备得到的吸波板的面密度为5.9kg/m2，在2～18GH范围内≤-2.8dB，在26.5～40GH范围内≤-2.5dB。
实施例5
一种抗冲击轻质宽频蜂窝结构吸波板，包括聚脲涂层、透波面板、蜂窝吸波结构和反射层，蜂窝吸波结构由蜂窝芯材和吸波涂层组成，制备方法为：
按重量份数称取以下原料制备成吸波涂层：
吸波涂层按照以下制备方法进行制备：按上述重量份数用电子天平称取各原料，按照乙醇、碳黑、石墨粉、钡酚醛、分散剂、偶联剂的顺序依次加入容器中，用液压升降分散机搅拌均匀后研磨，即可得到吸波涂层，每加入一个组分后要搅拌均匀，最后用篮式研磨机研磨一遍，研磨转速2000rpm，时间2.0h。
用气喷机将蜂窝芯材灰尘除尽，蜂窝芯材用偶联剂KH550(KH550占乙醇用量的1.5％)处理，在浸渍槽中装入吸波涂料，将蜂窝芯材全部、多次浸渍到吸波涂料中，每次浸渍5min，取出进行预固化和固化，预固化温度为120℃，保温0.5h，固化温度为180℃，保温2h，得到具有吸波涂层的蜂窝吸波结构；
透波面板表面处理：用丙酮进行表面处理，并用砂纸轻微打磨；
将蜂窝吸波结构上层用8810胶贴覆透波面板，下层贴覆反射层，得到的蜂窝夹层结构；
将蜂窝夹层结构的透波面板表面喷涂聚脲涂层，在电热鼓风干燥箱中固化180℃，保温2h后即可得到抗冲击轻质宽频蜂窝结构吸波板，该吸波板聚脲涂层厚度为1.5mm、透波面板厚度为0.5mm、蜂窝吸波结构厚度为17mm和反射层厚度为0.5mm。
根据GB/T23451-2009测得实施例5制备得到的吸波板的面密度为6.7kg/m2，在2～18GH范围内≤-3.2dB，在26.5～40GH范围内≤-2.8dB。
对比例1
同实施例1，区别仅在于，按重量份数称取以下原料制备成吸波涂层：
根据GB/T23451-2009测得对比例1制备得到的吸波板的面密度为7.0kg/m2，在2～18GH范围内≤-3.0dB，在26.5～40GH范围内≤-2.4dB。
对比例2
同实施例1，区别仅在于，将吸波涂料等量替换为常规的吸波涂料，吸收剂为纯炭黑。
根据GB/T23451-2009测得对比例2制备得到的吸波板的面密度为5.2kg/m2，在2～18GH范围内≤-2.0dB，在26.5～40GH范围内≤-2.7dB。
对比例3
同实施例1，区别仅在于，吸波板聚脲涂层喷涂的厚度为2mm。
根据GB/T23451-2009测得对比例3制备得到的吸波板的面密度为7.6kg/m2，在2～18GH范围内≤-3.4dB，在26.5～40GH范围内≤-2.5dB。
对比例4
同实施例1，区别仅在于，蜂窝芯材浸渍到吸波涂层中25min。
根据GB/T23451-2009测得对比例4制备得到的吸波板的面密度为6.4kg/m2，在2～18GH范围内≤-4.3dB，在26.5～40GH范围内≤-4.6dB。
以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (4)

1.一种抗冲击轻质宽频蜂窝结构吸波板，其特征在于，所述吸波板包括聚脲涂层、透波面板、蜂窝吸波结构和反射层，所述蜂窝吸波结构由蜂窝芯材和吸波涂层组成；
所述吸波涂层按重量份数计，包括以下原料：
乙醇 120份
炭黑 9份
石墨 1份
钡酚醛 80份
分散剂670 6.4份
偶联剂 0.9份，
所述的抗冲击轻质宽频蜂窝结构吸波板的制备方法，包括以下步骤：
(1)制备吸波涂层；将蜂窝芯材用偶联剂KH550处理，之后浸渍到吸波涂层中，取出后进行预固化和固化，预固化温度为120℃，保温0.5h，固化温度为180℃，保温2h，得到所述蜂窝吸波结构；
(2)透波面板表面处理：用丙酮或乙醇进行表面处理，并用砂纸轻微打磨；
(3)将步骤(1)得到的蜂窝吸波结构上层贴覆透波面板，下层贴覆反射层，得到蜂窝夹层结构；
(4)在步骤(3)得到的蜂窝夹层结构的透波面板表面喷涂聚脲涂层，固化后即可得到所述抗冲击轻质宽频蜂窝结构吸波板；
步骤(4)中，所述固化的条件为：固化温度为180℃，保温2h；
所述聚脲涂层的厚度为1.5mm；所述透波面板为环氧面板，厚度为0.5mm；所述蜂窝吸波结构厚度为20mm，所述反射层厚度为0.5mm。
2.根据权利要求1所述的抗冲击轻质宽频蜂窝结构吸波板，其特征在于，所述吸波涂层的制备方法包括以下步骤：按所述重量份数称取各原料，搅拌均匀后研磨，即可得到所述吸波涂层。
3.根据权利要求1所述的抗冲击轻质宽频蜂窝结构吸波板，其特征在于，所述蜂窝芯材的材料为Nomax芳纶纸，蜂窝单元为六边形。
4.根据权利要求1所述的抗冲击轻质宽频蜂窝结构吸波板，其特征在于，步骤(1)中，所述浸渍的时间为5min。
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