早在1975年，英國利茲大學(xué)的Capiati和Porter首次提出單聚合物復(fù)合材料(也稱之為自增強(qiáng)復(fù)合材料)的概念。

聚丙烯纖維增強(qiáng)聚丙烯基復(fù)合材料是一種自增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料，簡稱為All-PP。它獨(dú)特的自增強(qiáng)結(jié)構(gòu)在各向同性的聚合物和纖維增強(qiáng)復(fù)合材料間建立了橋梁，既輕質(zhì)、可真正循環(huán)回收利于環(huán)保，又具有良好的力學(xué)性能和優(yōu)異的低溫抗沖擊強(qiáng)度，既繼承了傳統(tǒng)纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料的優(yōu)點(diǎn)，又糾正它們的不足，很好地解決了目前復(fù)合材料行業(yè)存在的性能、環(huán)保和價(jià)格問題,有很大發(fā)展前景，其特點(diǎn)及優(yōu)勢主要包括以下方面：

（1）輕質(zhì)：All-PP密度低，相對密度為0.95左右，幾乎低于所有的塑料；

（2）可回收利用：由于材料中沒有第二種組分，所以可以實(shí)現(xiàn)100%的回收，且加工過程對人體無害，綠色環(huán)保； 

（3）機(jī)械性能高：強(qiáng)度高，突出的抗沖擊性和抗低溫沖擊性；

（4）耐磨損：All-PP硬度高，耐磨損程度超過傳統(tǒng)的熱塑性塑料和纖維增強(qiáng)復(fù)合材料；

（5）易處理：All-PP輕柔,無皮膚不適,對模具和切割刀具磨損也?。?/span>

（6）易成型：All-PP沖壓成型方便，延展性較好，甚至在高拉伸區(qū)也有較好的纖維分布，低壓生產(chǎn)，設(shè)備投資低，能量消耗低；

（7）生產(chǎn)周期縮短：All-PP生產(chǎn)周期低于60秒甚至更低；

（8）低成本：All-PP的生產(chǎn)成本為GMT（Glass Mat Reinforced Thermoplastics）的2倍,但可減輕重量，且制造成本更低，通常無需后處理（打磨噴涂），整體而言，成本相當(dāng)。

  GMT因其突出的可沖韌性、制備工藝短、比強(qiáng)度高、可回收再利用等優(yōu)點(diǎn)，成為最受寵的“21世紀(jì)綠色復(fù)合材料”，全世界生產(chǎn)GMT的主要廠商主要集中在美國、日本、德國等發(fā)達(dá)國家。美、日、德、法、韓等各國的汽車均大量應(yīng)用GMT制作零部件。而All-PP已成為GMT的強(qiáng)有力競爭對手，其性能對比如表1。

表1 聚丙烯自增強(qiáng)復(fù)合材料（All-PP）與玻璃氈片增強(qiáng)熱塑性塑料（GMT）性能對比

2002年1月，由英國Leeds大學(xué)研發(fā)，由英國BP Amoco公司在德國Gronau工廠（圖1）規(guī)?；a(chǎn)，商品名為Curv?，年生產(chǎn)能力5000T,厚度0.3～3.0mm,最大寬幅1360mm，生產(chǎn)線如如圖2。耐克公司將Curv?材料應(yīng)用于生產(chǎn)最具人性化能量消耗考慮的系列運(yùn)動護(hù)膝上。同時(shí)有許多家制造沖浪板的廠商采用Curv?材料生產(chǎn)風(fēng)箏式?jīng)_浪板。奔馳汽車采用Curv通過熱成型制作汽車底盤護(hù)板；一家音響公司已用Curv?制成擴(kuò)音錐面，如圖3。

圖1 德國生產(chǎn)聚丙烯自增強(qiáng)復(fù)合材料CURV的工廠

圖2 德國生產(chǎn)聚丙烯自增強(qiáng)復(fù)合材料CURV生產(chǎn)線

圖3 聚丙烯自增強(qiáng)復(fù)合材料CURV材質(zhì)產(chǎn)品

其中，最為著名和成功應(yīng)用CURV的，還是Samsonite（新秀麗），一個世界著名的箱包品牌，其創(chuàng)新性的采用聚丙烯自增強(qiáng)復(fù)合材料Curv?開發(fā)的Cosmolite系列旅行箱，獲得2010年“紅點(diǎn)設(shè)計(jì)獎”最佳設(shè)計(jì)獎，其生產(chǎn)的每只Curv?材料產(chǎn)品都會打上“MADEIN EUROPE”的標(biāo)志，由其產(chǎn)品在國際市場的唯一性和特殊性，取得巨大成功。

另一派系，由荷蘭Eindhoven大學(xué)、英國倫敦大學(xué)Queen Mary學(xué)院以及4家荷蘭公司Lankhorst-Indutech、BW、Polynorm和DSM組成研究小組共同開發(fā)的All-PP，于2002年初，由Lankhorst/Indutech公司實(shí)現(xiàn)了規(guī)?；a(chǎn),商品名Pure?。在法國巴黎JEC2003展會上,Lankhorst/Indutech公司就展出了Pure?產(chǎn)品。在2019年的JEC展上，荷蘭Delft熱塑性復(fù)合材料公司(DTC)展出用Pure?材料制作的頭盔和行李箱，如圖4。

圖4 2019法國巴黎JEC展聚丙烯自增強(qiáng)復(fù)合材料PURE材質(zhì)產(chǎn)品

圖5是意大利知名箱包品牌RONCATO用Pure制造的行李箱

但是，很可惜，成功并沒有得到如期的復(fù)制，最大的問題出在PURE材料本身，纖維和基體的粘合界面強(qiáng)度不夠，輪座處形狀極其復(fù)雜，在快速沖下，材料內(nèi)部發(fā)生分層，雖然表面肉眼無法發(fā)現(xiàn)，但是其表現(xiàn)很明顯，在輪角處材料變得很軟，起不到支撐作用，材料內(nèi)部損傷嚴(yán)重，使用中輪子甚至?xí)駷觚斈X袋一樣，縮到殼子里去，另外，此處的褶皺非常明顯，圖6，成型技術(shù)不成熟。

圖6 采用聚丙烯自增強(qiáng)復(fù)合材料PURE行李箱輪座處

國外針對All-PP的產(chǎn)業(yè)大體就這兩派，一開始的時(shí)候，兩家為該項(xiàng)技術(shù)的專利問題有過官司，下圖7。

其它一些品牌采用的臺灣的板材存在同樣的問題，與CURV和PURE相比，不可相提并論。對于All-PP的技術(shù)研究，世界各地著名高校很多，不一一列舉，直到2019年仍然還有相關(guān)的高水平文章發(fā)表。但是，仍然還有很多科學(xué)問題沒有得到解決。

反觀國內(nèi)，在2002年剛出現(xiàn)的時(shí)候，國內(nèi)專家有過關(guān)注，寫了好幾個報(bào)道，但幾乎沒有人關(guān)注，相關(guān)研究非常少。泰安石英復(fù)合材料有限公司歷經(jīng)三年苦心經(jīng)營，目前，聚丙烯自增強(qiáng)復(fù)合材料板材生產(chǎn)，制品生產(chǎn)均已穩(wěn)定批量生產(chǎn)。并與多個國內(nèi)外知名箱包品牌合作，愛可樂（Echolac），德國TITAN，日本ACE等，并正在規(guī)劃全球分片區(qū)的獨(dú)家品牌授權(quán)。公司生產(chǎn)的板材厚度范圍為0.5mm-3mm，板材最大尺寸為1.2m×2.0m，如圖8。

圖8 泰安石英復(fù)合材料有限公司生產(chǎn)制造的聚丙烯自增強(qiáng)復(fù)合材料（All-PP）板材

        在All-PP產(chǎn)品成型制造方面，泰安石英復(fù)合材料有限公司基本解決了All-PP熱沖壓過程中纖維斷裂，褶皺，分層等多個關(guān)鍵技術(shù)問題，如圖9。公司目前正在對連續(xù)快速沖壓生產(chǎn)線進(jìn)行升級，進(jìn)一步提高自動化水平，提高生產(chǎn)效率，成型時(shí)間有望控制在2分鐘以內(nèi)。

圖9 泰安石英復(fù)合材料有限公司制造的聚丙烯自增強(qiáng)復(fù)合材料（All-PP）制品細(xì)節(jié)

   泰安石英復(fù)合材料有限公司開發(fā)的聚丙烯自增強(qiáng)復(fù)合材料及其成型技術(shù)獲得2019年中國復(fù)合材料學(xué)會科技成果，圖10。自主生產(chǎn)制造的聚丙烯自增強(qiáng)復(fù)合材料行李箱產(chǎn)品，通過號稱世界上最結(jié)實(shí)的行李箱的國際知名品牌TUMI最嚴(yán)格的負(fù)重滾筒測試?；诂F(xiàn)有的技術(shù)基礎(chǔ)上，正在開發(fā)更多更廣的應(yīng)用領(lǐng)域，例如單兵裝備，體育器材，運(yùn)動防護(hù)等方面。

圖10 泰安石英復(fù)合材料有限公司榮獲2019年中國復(fù)合材料學(xué)會成果證書

以PP為基體的自增強(qiáng)型熱塑性塑料兼具有通用商品化聚合物和纖維增強(qiáng)型復(fù)合材料的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)又克服了它們各自的缺陷。另外，這種新材料具有極好的抗沖擊性能，尤其是在低溫條件下。以其優(yōu)秀的綜合平衡性能，將開辟全新的應(yīng)用領(lǐng)域，解決目前面臨的各種問題，其優(yōu)勢和應(yīng)用價(jià)值已在眾多應(yīng)用領(lǐng)域得到證實(shí)。隨著環(huán)境保護(hù)意識的提升、綠色環(huán)保材料的大力提倡、資源短缺的加劇，單聚合物復(fù)合材料在熔融可回收方面有著極大的優(yōu)勢和發(fā)展前景，對這種新一代的熱塑性塑料將廣泛供應(yīng)市場，造福人類社會。

東華大學(xué)潘利劍副教授供稿（原創(chuàng) ）