8/18/2019 Presentación PE OK Sept 2013
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SEMINARIO
DE
POLÌMEROS
Presenta.
M. En C. Martha Elena García Ruiz
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El polietileno es el polímero más popular del mundo, con el
se fabrican cosas tan útiles como bolsas desupermercados, botellas para productos de limpieza, juguetes, aislamiento de cable y muchos otros artículos deingeniería
4.1 POLIETILENO
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CLASIFICACIÓN DEL POLIETILENO
La familia de los Polietilenos se clasifica en tres categorías:
A) Por su densidad
B) Polietilenos regulares
C) Polietilenos especiales y copolímeros.
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CLASIFICACIÓN DEL POLIETILENOA) Por su densidad
• TIPO 1, PE-Ramificado (LDPE) 0.860-0.920
• TIPO 2, PE-Media densidad (MDPE) 0.926-0.940
• TIPO 3, PE-Alta densidad (HDPE) 0.941-0.965
• TIPO 4, PE-Lineal(LLDPE) 0.92-0.94
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CLASIFICACIÓN DEL POLIETILENOB) Polietilenos regulares
Tg = -100ºC ; [(-20 ºC@(-180ºC)]
Tm = 120ºC ; [(105 ºC@(138ºC)]
• Polietileno de Baja densidad (LDPE)
• Polietileno de Alta Densidad(HDPE)
• Polietileno de Línea de Baja Densidad(LLDPE)
• Polietileno ultra alto Peso Molecular (UHMWPE).
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CLASIFICACIÓN DEL POLIETILENO
C) Polietilenos especiales y copolímeros.
• Polietileno Entrecruzado.
• Polialeaciones de PE (PE-PA o PE-PC).
• Copolímero de Etil Vinil Acetato(EVA).
• Copolímero de Etilen Alcohol Polivinilico (EVOH).
• Ionómero, modificados con Sales Metálicas.
• Copolímeros de Etileno Propileno, “Hules EP”.
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Tipos
PE
Estructura
molecular
(esquemática)
Grado de
ramificación*
Cristalinidad Temperatura de
fusión, ºC
Densidad
aparente, g/ml
LDPE
Alto, 20-40 ramas
de cadena corta y
larga
40-50 105-110 0.86-0.92
LLDPE
Medio, 15-30,
ramas de cadena
corta, hasta 6C
55-65 115-125 0.92-0.94
HDPE
Bajo,1-10, ramas
de cadena corta,
normalmente 1C
ND 125-135 0.94-0.965
INFLUENCIA DE LA ESTRUCTURA MOLECULAR SOBRE LASPROPIEDADES DE LOS TIPOS PE10 (VALORES ORIENTATIVOS)
*Los valores numéricos de la Tabla anterior se refieren al número de ramificaciones existentes por cada1000 átomos de C en la cadena principal.
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Tipos
PE
Resistencia,
dureza
Alargamiento,
resistencia al
impacto
Temperatura
límite de uso ºC
Temperatura de
fragilización ºC
Tipos
PE
LDPE Escasa altos +80 -90 LDPE
LLDPE MediaMedios, algunos
casos: muy altos+120 -70 a -95 LLDPE
HDPE alta Bajos +120 ND HDPE
INFLUENCIA DE LA ESTRUCTURA MOLECULAR SOBRE LASPROPIEDADES DE LOS TIPOS PE (VALORES ORIENTATIVOS)
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CLASIFICACIÓN DEL POLIETILENODebido a su peso molecular los grados de polietileno se clasifican de acuerdo a suíndice de fluidez:
1. Polietileno de Baja Densidad (LDPE)
2. Polietileno de Alta Densidad (HDPE)
3. Polietileno Lineal (LLDPE)
4. Polietileno de Ultra Alto Peso Molecular (UHMWPE)
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CLASIFICACIÓN DEL POLIETILENO1. Polietileno de Baja Densidad (LDPE)
El polietileno de baja densidad se comporta como un material altamente flexible y estranslúcido.
Flota en el agua y en la solución de alcohol al 50.%, con densidad. 0.910 a 0.925,
Aplicaciones: bolsas y películas de empaque, tubo Conduit y de riego, recubrimiento dealambre y cable, y juguetes.
Durante su ensayo a la flama presenta facilidad para incendiarse, tiene flama constante decolor azul con la punta amarilla, fluye y gotea, desprende un color a parafina y humos decolor blanco.
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CLASIFICACIÓN DEL POLIETILENO2. Polietileno de Alta Densidad (HDPE)
El polietileno de alta densidad es menos flexible que el de baja densidad debido a sumayor peso molecular y se clasifica como plásticos semi-rígido.
Su rango de densidad es de 0.941 a 0.965, flota en el agua, pero no en solución dealcohol al 50%.
Su comportamiento a la flama es igual al LDPE.
Con este tipo de polietileno se fabrican enseres domésticos, botellas para: jugos,shampoos, productos químicos, aceites industriales, cajas de refrescos, además: tarimas,
juguetes y tuberías para conducción de líquidos a alta presión.
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CLASIFICACIÓN DEL POLIETILENO3. Polietileno de Baja Densidad (LDPE)
El bajo grado de cristalinidad del PE convencional de baja densidad se atribuye a lasramificaciones cortas y cadenas largas que se forman en la polimerización del etileno en laproducción de alta presión.
Su estructura lineal se logra con el uso de catalizadores especiales en el proceso depolimerización a baja presión y con la adición de pequeñas cantidades de alfa-olefinas comocomonómeros, cuya finalidad es uniformizar las ramificaciones a lo largo de la estructuralineal.
El LLDPE en comparación con el LDPE convencional del mismo valor de densidad e índicede fluidez, proporciona mayor resistencia al impacto, al rasgado, y a sustancias químicas.
También permite reducir los calibres de sus películas proporcionando así mayor rendimiento
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CLASIFICACIÓN DEL POLIETILENO4. Polietileno de Alta Densidad (LDPE)
Este tipo de polietileno tiene un peso molecular por lo menos 10 veces mayor al polietilenoregular.
Posee elevada cristalinidad y su densidad corresponde al rango usual (0.940 a 0.965).
El UHMWPE posee propiedades que lo clasifican como plástico de ingeniería.
Su resistencia química y a la abrasión es elevada, tienen gran resistencia alenvejecimiento.
Su resistencia al impacto y al fatiga son excelentes.
Se aplica como sustituto de metales en la fabricación de engranes, levas, poleas. Etc.
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Propiedades del Polietileno
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VENTAJAS Y DESVENTAJAS
Ventajas Desventajas
1. Bajo costo (excepto del UHMWPE)
2. Excelentes propiedades dieléctricas.
3. Alta resistencia a la humedad.
4. Alta resistencia química
5. Disponible en grado alimento
6. Fácil procesamiento por todos los métodosde transformación (excepto UHMWPE)
1. Alta expansión térmica.
2. Baja resistencia a los agentes
ambientales
3. Flamable
4. Difícil impresión y adhesión
5. Sujeto al agrietamiento por esfuerzos(excepto UHMWPE)
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PROPIEDADES DEL POLIETILENO LDPE
Propiedad Polietileno de baja densidad (LDPE)
Cualidades de moldeo Excelentes
Densidad relativa 0.910-0.925
Esfuerzo a la tensión, Mpa 4-16
(psi) (600-2300)
Esfuerzo al impacto, Izod, J/mm (ft lb/in) No se rompe
Dureza Shore D41-D46, R10
Expansión térmica, 10-4/ºC 25-50
Resistencia al calentamiento, 80-100
ºC (ºF) (180-212)
Esfuerzo dieléctrico, V/mm 18000-39000
Constante dieléctrica (@60Hz) 2.25-2.35
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PROPIEDADES DEL POLIETILENO MDPE
Propiedad Polietileno de media densidad (MDPE)
Cualidades de moldeo Excelentes
Densidad relativa 0.926-0.940
Esfuerzo a la tensión, Mpa 8.24
(psi) (1200-3500)
Esfuerzo al impacto, Izod, 0.025-0.8
J/mm (ft lb/in) (0.05-16)
Dureza Shore D50-D60, R15
Expansión térmica, 10-4
/ºC 35-40
Resistencia al calentamiento, 105-120
ºC (ºF) (220-250)
Esfuerzo dieléctrico, V/mm 18000-39000
Constante dieléctrica (@60Hz) 2.25-2.35
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PROPIEDADES DEL POLIETILENO MDPEPropiedad Polietileno de media densidad (MDPE)
Factor de disipación (@60Hz) 0.0005
Resistencia al arqueo, s 200-235
Absorción de humedad (24hr), % 0.01
Índice de flamabilidad. mm/min Lento, 25-26
(in/min) (1-1.04)
Efecto de la luz U.V. Deben ser estabilizados
Efecto de los ácidos Se oxidan
Efecto de los álcalis Resisten
Efecto de solventes Resisten (debajo de 60ºC)
Facilidad de maquinado Buena
Cualidades ópticas De transparente a opaco
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PROPIEDADES DEL POLIETILENO HDPEPropiedad Polietileno de alta densidad (HDPE)
Cualidades de moldeo Excelentes
Densidad relativa 0.941-0.925
Esfuerzo a la tensión, Mpa 20-38
(psi) (3100-5500)
Esfuerzo ala compresión 19-25
(psi) (2700-3600)
Esfuerzo al impacto, Izod, 0.025-1.0
J/mm (ft lb/in) (0.5-20)
Dureza Shore D60-D70
Expansión térmica, 10-4/ºC 28-33
Resistencia al calentamiento, 120
ºC (ºF) (250)
Esfuerzo dieléctrico, V/mm 18000-20000
Constante dieléctrica (@60Hz) 2.30-2.35
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PROPIEDADES DEL POLIETILENO HDPE
Propiedad Polietileno de alta densidad (HDPE)
Factor de disipación (@60Hz) 0.0005
Absorción de humedad (24hr), % 0.01
Índice de flamabilidad. mm/min Lento, 25-26
(in/min) (1-1.04)
Efecto de la luz U.V. Deben ser estabilizados
Efecto de los ácidos Se oxidan
Efecto de los álcalis Resisten
Efecto de solventes Resisten (debajo de 60ºC)
Facilidad de maquinado Buena continúa…
Cualidades ópticas De transparente a opaco
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CAMBIO DE PROPIEDADES DEL POLIETILENO
Cambio de las propiedades del PE de acuerdo a la distribución de pesos Moleculares
PropiedadAumento de la masa molecular promedio (disminución
del índice de fluidez)
Viscosidad del fundido Aumenta
Resistencia a la tensión y ruptura Aumenta
Elongación y ruptura Aumenta
Resistencia al rasgado Aumenta
Esfuerzo al impacto Aumenta
Resistencia a la fractura a bajas temperaturas. Aumenta
Resistencia al agrietamiento ambiental. Aumenta
Temperatura de ablandamiento Aumenta
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Procesos
de
Producción
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PROCESOS DE PRODUCCIÓN
Los procesos mas utilizados a nivel mundial en la producción de Polietilenos son:
PROCESO HOECHST, FIG 4.1
PROCESO PHILLIPS PETROLEUM, FIG 4.2
PROCESO ARCO TECHNOLOGY, INC. FIG 4.3
PROCESO MITSUBISSHI PETROCHEMICAL CO FIG 4.4
PROCESO EL PASO CHEMICAL CO. FIG 4.5
PROCESO IMHAUSEN INT. CO. FIG 4.6
PROCESO ANIC FIG 4.8
PROCESO CHIMIE FIG 4.8
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PROCESOS DE PRODUCCIÓNPRODUCCIÓN DE PE (HD) POR HOECHST,
Este es un proceso de baja presión para la fabricación de polietileno de alta densidad, a partir del etileno.
DESCRIPCIÓN:
Se alimenta continuamente el etileno y el catalizador al reactor junto con el diluyente
La reacción se efectúa en una lechada y el polímero se obtiene en forma de polvo.
La polimerización ocurre a presiones mayores de 10 Bar y a la temperaturas entre 80-90ºC.
Debido a que la conversión del etileno es casi completa, no se requiere de sistemas de recuperacióny reciclado de monómero.
El diluyente se elimina mediante un sistema de centrifugación y de secado en un lecho fluidizado.
El polímero en polvo puede ser peletizado y formulado dependiendo del producto que se desee.
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PROCESOS DE PRODUCCIÓN
REQUERIMIENTOS:
(Para 1000 kg de polietileno de alta densidad en Pellets.)
Etileno y Comonómeros, Kg 1025
Hidrógeno, Kg 1
Diluyente, Kg 15
Catalizador y Aditivos auxiliares, DM 15
Vapor (5 Bar), Kg 500
Agua de Enfto. (25ºC), m3 165
Electricidad, kWh 450
Nitrógeno, Nm3 60
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PROCESOS DE PRODUCCIÓN
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PROCESOS DE PRODUCCIÓNPRODUCCIÓN DE PE PHILLIPS PETROLEUM CO
Este es un proceso de baja presión para la producción de polietileno a partir de etileno de alta pureza (mayor del99%).
DESCRIPCIÓN:
Se alimenta al reactor etileno de alta pureza, el diluyente y el catalizador.
El producto sale del reactor y se separa el diluyente
El polímero en forma de polvo se alimenta a un extrusor donde se le agrega aditivos especiales.
Las temperaturas y presiones de operación son moderadas y el diluyente se recupera y recicla al
reactor.
La conversión del etileno es mayor del 97%.
El producto cubre un amplio rango de densidades que están entre 0.93 a 0.96 g/cc.
Algunas Instalaciones comerciales se encuentran en : Texas con Soltex, Deer Pack, Phillips PtroleumCO., Gulf Oil corp; con licencia en Inglaterra, España, Japón, Yugoslavia, Irak y Singapur.
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PROCESOS DE PRODUCCIÓN
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PROCESOS DE PRODUCCIÓN
REQUERIMIENTOS:
(Por tonelada métrica de polietileno peletizado)
Etileno(Tons): 1.020-1.030*
Vapor (Tons): 0.600-1.000(35atm)*0.600-1.000(7atm, generado)*
Agua de enfriamiento,m3 150-180*
Electricidad , kWh 1155-1397*
(*) Depende del tipo de producto
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PROCESOS DE PRODUCCIÓN
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PROCESOS DE PRODUCCIÓNPRODUCCIÓN DE PE (HD) POR MITSUBISHI PETROCHEMICAL CO,
Proceso para la producción de polietileno de baja y alta densidad mediante polimerización de etileno a bajapresión en presencia de un solvente orgánico.
DESCRIPCIÓN:
El etileno es polimerizado a una presión menor de 10 kg/cm2 y a una temperatura de entre 60 y 90ºC
La lechada de polímero se descarga del reactor y se envía a una centrífuga después de separar eletileno que no reaccionó.
El polímero y el solvente son separados en la centrífuga, el polímero se alimenta después al secador.
La distribución del peso molecular puede ser controlada cuidando las condiciones de lapolimerización.
Además, ajustando la cantidad de comonómero y la concentración de hidrógeno se tienen rangos dedensidad media y alta; y desde altos grados de flujo hasta pesos moleculares ultra-altos.
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PROCESOS DE PRODUCCIÓN
REQUERIMIENTOS:
(Por tonelada métrica de polietileno en polvo)
Etileno y Comonómero, kg 1015
Solvente, kg 10
Vapor, kg 300
Agua de enfriamiento, m3 100
Nitrógeno, Nm3 40
Electricidad, kWh 100
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PROCESOS DE PRODUCCIÓN
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PROCESOS DE PRODUCCIÓNPRODUCCIÓN DE PE (LD) POR IMHAUSEN INTERNATIONAL CO.
Este es un proceso de producción de PE (LD) mediante una polimerización a alta presión en un reactortubular.
DESCRIPCIÓN:
El etileno se alimenta al reactor junto con gas reciclado de baja presión.
Esta mezcla se precomprime y se mezcla con el iniciador, el gas reciclado de alta presión, elmoderador y los comonómeros.
La mezcla resultante se comprime hasta la presión final de operación y se alimenta en forma continúaal reactor tubular. Posteriormente la mezcla reaccionante pasa a un sistema de separación de baja yalta presión donde se separa el polímero y el etileno no reaccionado.
El polietileno fundido proveniente del separador de baja presión se homogeniza y se granula, juntopasa por un secador y se tamiza antes de enviarse al almacén.
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PROCESOS DE PRODUCCIÓN
REQUERIMIENTOS:
(Para 1000kg de polietileno granulado y dependiendo del tipo requerido)
Etileno puro (99.9%), kg 1020-1030
Iniciador y moderador, DM aprox. 4
Químicos y lubricantes aprox. 4
Electricidad, kWh 785-1080
Agua de enfriamiento, m3 100-130
Consumo de vapor (28bar), ton 0.12-0.2
Generación de vapor (3bar), ton 0.35-0.5
Generación de vapor (10 bar), ton 0.2-0.35
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PROCESOS DE PRODUCCIÓN
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PROCESOS DE PRODUCCIÓNPRODUCCIÓN DE POLIETILENO (LD) POR ANIC
Este es un proceso de producción de PE (LD) mediante una polimerización a alta presión en un reactor tubular.
DESCRIPCIÓN:
El etileno es comprimido a 200-300 kg/cm2
mediante un compresor multiservicios junto con el etilenorecirculado de baja presión que contiene agentes de transferencia de cadena.
Se mezcla con oxígeno y con etileno reciclado que proviene de una etapa intermedia de compresión, el gasse comprime a una presión final de operación de 2000-2600 kg/cm2 mediante un hipercompresor.
El gas de alta presión se alimenta a un rector tubular enchaquetado junto con el peroxido (iniciador).
El calor generado por la reacción es recuperado como vapor de baja presión y se conduce al límite debatería.
La mezcla de polímero-etileno se expande mediante una válvula especial con el fin de separarlos.
El etileno se enfría, se purifica y por último se recicla al proceso.
El gas liberado se enfría y se purifica.
Una parte de él se purga para prevenir la formación de contaminantes y se recicla.
El polímero desgasificado se peletiza en un extruder. El polímero se seca y se colecta en silos para suposterior análisis y empaque.
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PROCESOS DE PRODUCCIÓN
REQUERIMIENTOS:
(Por tonelada métrica de polietileno en polvo)
Etileno y comonómeros, kg 1020
Electricidad, kWh 162
Vapor(3 bar), ton 0.1
Nitrogeno, m3 50
Agua de enfriamiento (repuesto), m3 4.5
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PROCESOS DE PRODUCCIÓN
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Mercado del Polietileno
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MERCADO MUNDIAL
FIG 4.9 Producción mundial de plásticos por país y región
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MERCADO DEL POLIETILENO
FIG 4.10. Exportación de Plásticos en México
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MERCADO DEL POLIETILENO
FIG 4.11. Exportación de Plásticos en México. México 2011
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MERCADO DEL POLIETILENO
FIG 4.12. Segmentación por tipo de plástico. México 2011
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MERCADO DEL POLIETILENO
FIG 4.13. Polietileno de Alta Densidad (PEAD). México 2012
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MERCADO DEL POLIETILENO
FIG 4.14. Polietileno de baja densidad (PEBD). México 2012
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MERCADO DEL POLIETILENO
FIG 4.15. Polietileno Lineal Baja Densidad (PELBD). México 2012
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Aplicaciones
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APLICACIONES
FIG 4.16 El PE en productos de envase y embalaje
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APLICACIONES
FIG 4.17 Botella de HDPE con micro esferas para la reducción de peso.
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APLICACIONES
FIG 4.18 Envases de HDPE FIG 4.19 Contenedor de Polietileno, HDPE
FIG 4.20 El PE en la agricultura,protección contra fungicidas FIG 4.21 Película para el acolchado de cultivo
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APLICACIONES
FIG 4.22 Recubrimiento de cables con PE ymateriales aliados
FIG 4.23 Polietileno lineal (LLDPE), gradopelícula para alimento.
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APLICACIONES
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