車用聚氨酯彈性體的中國專利申請狀況分析

李蔚慰 李胤 馮剛 鄭君

（國家知識產權局專利局專利審查協作北京中心，北京 100081）

車用聚氨酯彈性體的中國專利申請狀況分析

李蔚慰 李胤 馮剛 鄭君

（國家知識產權局專利局專利審查協作北京中心，北京 100081）

本文以車用聚氨酯彈性體的中國專利申請數據為分析樣本，從中國專利申請的時間分布、主要申請人、地區分布、專利技術概況等多角度詳細剖析了國內車用聚氨酯彈性體專利技術的整體發展狀況，為我國相關企業進行專利布局提供參考。

聚氨酯彈性體；車用；專利

聚氨酯彈性體，是指在分子鏈段中含有較多的氨基甲酸酯（-NHCOO-）基團的聚合物彈性體聚合物，是由帶有端羥基的多元醇化合物和多異氰酸酯、必要時添加小分子擴鏈劑反應制得的高分子材料。由于其結構中存在軟、硬兩種鏈段，同時在分子上沒有或很少具備化學交聯，分子鏈基本上是線性的，因此聚氨酯彈性體同時兼具塑料材料的高硬度性能以及橡膠材料的高彈性，其彈性好、耐磨性和耐疲勞性優異，并且具有耐油脂、耐酸堿性、耐環境性能、耐輻射能力及優良的加工性能。

隨著生活水平的不斷提高，汽車早已成為人類日常生活中必不可少的交通工具。汽車工業經過上百年的發展，聚氨酯材料在這個領域中應用日趨廣泛，目前已是汽車上用量最大的塑料用品之一。相關數據顯示，通常聚氨酯在車用塑膠材料的占比為20%左右，平均每輛車的用量就達到約18kg。聚氨酯制品憑借其品種多樣化的原材料、復雜多變的分子結構、豐富的合成及成型工藝，適合于制備多種多樣的汽車配件。現階段，汽車領域常用的聚氨酯材料主要有聚氨酯泡沫、聚氨酯彈性體、聚氨酯灌封材料、聚氨酯膠粘劑和聚氨酯涂料等。聚氨酯具備很強的可塑性和實用性，因此在汽車領域中的應用得以不斷擴大。

其中，聚氨酯彈性體由于其優異的耐磨和減震緩沖功能，同時具備突出的綜合性能，已廣泛應用于汽車中的多種零部件，包括汽車輪胎、安全氣囊、減震裝置、保險杠、儀表板、電纜護套、門窗封條、擋泥板、軸承及墊圈等。根據加工方式的不同，聚氨酯彈性體分為澆注、熱塑、混煉三類。其中，發展最為迅速的是熱塑性聚氨酯彈性體（TPU），其耐磨耗性強、強度高、韌性高、透明度高；耐疲勞性、耐寒性和耐油脂性好；但其耐熱能力和耐候性一般。品種最多的是澆注型聚氨酯彈性體（CPU），其在聚氨酯彈性體中的總產量約為60%，但在汽車上使用較少；混煉型聚氨酯彈性體（HPU）的產量最少，在聚氨酯彈性體總產量中僅占10%左右。

1 車用聚氨酯彈性體的中國專利申請狀況分析

本文對車用聚氨酯彈性體的中國專利申請進行了檢索和分析，檢索所基于的數據庫為中國專利文摘數據庫（CNABS），檢索到了323件相關專利申請，檢索截止日期為2016年5月31日。CNABS的數據涵蓋自1985年至今所有中國專利文摘數據。由于發明專利申請從申請到公開有一定的周期，因此，部分相關專利申請處于未被公開狀態而未被統計。

1.1 相關中國專利申請的歷年申請量

圖1顯示了車用聚氨酯彈性體的專利申請的年度分布情況。對比全球和中國的歷年專利申請量發現，在全球范圍內從20世紀60年代就已經有一定的申請量，而國內申請一直到1990年前后才逐步出現，可見中國的車用聚氨酯彈性體技術相對比全球來說，起步比較晚。在20世紀90年代初期，作為中國申請的起步階段，國外申請量出現了一個低谷，隨后全球和中國的申請量都進入了不斷增長的繁榮時期。全球申請量在2007年達到最高值64件后，開始逐漸回落，這可能是由于世界金融危機引起。而我國車用聚氨酯彈性體的申請量繼續保持增長趨勢，在2014年達到40件的峰值，幾乎與全球水平相當，之后更有反超之勢，可見國內申請人意識到了車用聚氨酯彈性體材料的重要性，不斷加大研發力度，取得了不錯的研究成果。

1.2 相關中國專利申請的主要申請人

表1是車用聚氨酯彈性體在中國的申請人排名，其中包括國內和國外申請人。由表1可知，在中國申請的國外申請人占據的比例較大，前5位中占據4席，陶氏環球技術公司、巴斯夫歐洲公司、拜爾材料科學股份公司和拜爾材料科學有限公司的申請量分別為10件、8件、8件和7件，由此可見，作為汽車行業的領軍國家，美國、德國在聚氨酯彈性體的研發中都處于領先地位。但在4件以下的申請量中，國內申請人占比很大，且申請人分布也很寬泛，說明聚氨酯彈性體專利申請在國內呈現多點開花但數量不高的格局。

1.3 相關中國專利申請的地區分布

圖1 車用聚氨酯彈性體的專利申請量的時間分布

表1 車用聚氨酯彈性體的中國專利申請的主要申請人

圖2 車用聚氨酯彈性體的中國專利申請量的地區分布

圖2對車用聚氨酯彈性體的中國專利申請的地區分布進行統計，可以看出上海的申請量最大，達到36件，這與上海擁有較多汽車領域相關行業的企業有關。而緊鄰上海的江蘇、浙江、安徽等省份的申請量也較多，可見江浙滬沿海地區的汽車工業具有較強的生產實力和聯動性。此外，作為中國的經濟技術發達地區，廣東省的車用聚氨酯彈性體申請量僅次于上海，共有26件申請，占據國內省市第二的位置。而山東省則位居全國第4位，其擁有聚氨酯領域申請量較高的山東東大一諾威聚氨酯有限公司、青島欣展塑膠有限公司等企業。

1.4相關中國專利申請的技術概況

1.4.1 聚氨酯彈性體用于汽車緩沖減震元件

聚氨酯彈性體具有出色的彈性和減震功能，是普通的天然橡膠材料強度的近1.5倍，并且耐磨性、耐化學品性能、耐環境性能和加工性都優于天然橡膠；耐沖擊性能和耐疲勞性能優良，被廣泛用于汽車緩沖減震元件。目前聚氨酯減震件運用較多的為減震器襯套、鋼板彈簧襯套、鋼板彈簧軟墊、I桿襯套、V桿襯套等受力較大的部位，大大提高了減震元件的使用壽命。

如今，使用微孔聚氨酯彈性體制成的減震緩沖塊的轎車已超過九成，這類減震元件多被安裝在汽車底盤上作為彈簧輔助件，或者置于振動吸收器的活塞桿上，結合鋼圈彈簧構成汽車的減震系統。因為其具備極強的抗沖擊性能，相對于傳統的橡膠減震緩沖塊，可壓縮性和變形能力更高，靜態和動態力學性能更為優良，使得汽車行駛中更加平穩并提高了乘客的舒適度。

由于聚氨酯彈性體上述突出的性能特征，接近半數的相關中國專利申請都主要用于汽車緩沖減震元件。例如國內申請量第一的中國申請人上海凱眾聚氨酯有限公司，其先后研發的NDI基聚氨酯微孔彈性體（CN1982351A）、TODI基聚氨酯微孔彈性體（CN101381442A）、NDI/MDI基聚氨酯微孔彈性體（CN101469053A）、PPDI基聚氨酯微孔彈性體（CN101469054A）等材料均涉及汽車緩沖減震元件的應用，并逐步通過不同的異氰酸酯基組成與合成方法的改進，最終克服了NDI基微孔彈性體生產工藝上存在諸如預聚體儲存穩定期短、生產周期長等缺點，同時也克服了基于MDI的微孔彈性體動態負荷下形變較大、靜態壓縮變定值高、球回彈度低的問題，獲得了具有良好的耐動態疲勞性能，使用壽命明顯提高的汽車減震部件。

具有較強研發實力的中國科學院長春應用化學研究所，也著力于聚氨酯彈性體的研究：CN102850518A公開了一種低壓縮永久變形的聚氨酯微孔彈性體的制備方法，通過調節原料配比得到了比現有技術壓縮永久變形性能更好的聚氨酯微孔彈性體；CN104341578A公開了一種寬溫域模量穩定聚氨酯微孔彈性體的制備方法，通過兩種預聚體混合并調整兩預聚體的比例、及使用大分子量聚醚多元醇作為擴鏈劑制備得到在低溫-40℃自然區域仍維持較好彈性的聚氨酯微孔彈性體；CN104341579A公開了一種低形變聚氨酯減震緩沖塊的制備方法，采用碳化二亞胺改性MDI，引入硬度相交聯，同時在軟段相中引入高分子量的三官能度聚醚多元醇，增加了軟段相的化學交聯，在不影響緩沖塊的動態疲勞性能和綜合力學性能的同時，降低了緩沖塊疲勞后的形變率。

此外，奧斯汀新材料（張家港）有限公司在CN102304214A中公開了一種汽車用微孔聚氨酯減震緩沖塊的制備方法，其采用聚己內酯多元醇增加材料的彈性和動態疲勞性能，引入納米碳酸鈣微粉以增加產品的強度等綜合力學性能；福鼎市肯普聚氨酯科技發展有限公司在CN104059352A中公開了一種聚氨酯PUR彈性體及汽車部件發泡阻尼環緩沖圈的制造方法，通過配合和聚合溫度等參數的改進，既保證材料有足夠的力學性能，又具有較高的耐動態疲勞能力，同時降低了硫化溫度延長硫化時間；上海凱眾材料科技股份有限公司在CN104650330A中公開了一種聚酯二元醇及微孔聚氨酯彈性體的制備方法，獲得了具有優良的耐水解性、低溫柔順性以及機械強度，適合用作承受動態疲勞的高強度阻尼元件。

1.4.2 聚氨酯彈性體用于汽車輪胎

目前，汽車輪胎多采用橡膠制品加工而成，考慮到聚氨酯彈性體獨特的高強度、高硬度兼具的性能，研究人員也試圖將其應用到汽車輪胎的制備，初次嘗試始于上世紀60年代，當時的產品為一種聚氨酯澆注型實心輪胎，用于在惡劣條件下運送貨物的車輛。但是，因為聚氨酯分子結構中存在氨基甲酸酯等極性很強的基團，導致聚氨酯彈性體的分子間作用力大，故而其動態力學性能不佳，也就阻礙了聚氨酯彈性體使用于動態負載的情況，因此將聚氨酯彈性體制成汽車輪胎通常只在低速運行的條件下使用。近些年，由美國固特異公司研制了一款應用于輪胎的聚氨酯彈性體材料，其以三聚異氰酸酯為原料，可由聚氨酯的內部分子結構角度改良聚氨酯彈性體的動態力學性能，并且材料的耐高溫能力與機械性能都有大幅提高。

在聚氨酯彈性體用于汽車輪胎的中國專利申請方面，廣州華工百川科技股份有限公司在CN101648496A中公開了一種復合彈性體填充內腔的輪胎及其制備方法，將聚氨酯彈性體與橡膠混合以填充內腔，所得輪胎具有較好的形變和變形恢復性能、較好的緩沖性能和較長使用壽命，同時又具有普通實心輪胎的抗爆、抗刺扎、免充氣、免維護和承載能力高等特點；華南理工大學在CN103044654A中公開了一種含長烷基支鏈聚氨酯彈性體及其制備方法與應用，與不含支鏈的聚氨酯彈性體的對照試樣相比，含長烷基支鏈聚氨酯彈性體具有優良的動態力學性能、優異的耐磨性能、良好的抗濕滑性能和較小的滾動阻力，具備了作為汽車輪胎胎面膠的潛質；CN1915648A和CN101939349A的中國專利申請則分別涉及聚氨酯彈性體用于翻新輪胎的研究。

1.4.3 聚氨酯彈性體用于汽車其他零部件

聚氨酯彈性體憑借其突出的綜合性能以及優異的耐磨性和緩沖減震功能，還被用于制造汽車中的許多其他零部件，包括安全氣囊、儀表板、電纜護套、擋泥板、空氣導管、軸承、墊圈、門窗封條、防護罩、以及伸縮電線等等。

南京匯科高分子材料有限公司在CN101768251A中公開了一種用于汽車玻璃包邊的聚氨酯彈性體及其制備方法，所得車窗密封條優異的機械性能和適中的耐老化性能；日立電線株式會社在CN103173002A中公開了耐熱性、焦化、撓性、斷裂伸長率、耐二醇性優異的汽車用耐熱纜線；魯東大學在CN104558496A中公開了一種熱塑性聚氨酯微孔彈性體及其制備方法，其加入了可膨脹微球，產品泡孔均勻、密度較低，并且具有優異的表面質量和力學性能，可用于制備汽車保險杠、緩沖墊片、緩沖塊等；東莞市技塑塑膠科技有限公司在CN105295152A中公開了低噪音、高耐磨、高粘附力的車用無骨雨刷膠條，其由多種彈性體復配，成本較低且各項性能優異。

2 總結和建議

隨著汽車輕量化的需求、人們環境意識的提高和塑料工業的迅速發展，聚氨酯材料，特別是聚氨酯彈性體材料在汽車中的應用與日俱增。由特定咨詢機構預測顯示，全球聚氨酯彈性體市場在2020年的總價值將有望突破730億美元，今后15年間的復合年增長率預計可達到6%，車用聚氨酯材料的用量已經成為衡量汽車生產技術水平及新材料開發水平的標志之一。“十三五”期間，從提高品質、擴大生產、降低成本的角度合理開發聚氨酯彈性體系列產品，將成為我國高分子材料新品研發的一項熱點議題，有益于提高我國高分子新材料在汽車等制造業領域的整體水平。

通過以上分析可知，中國在車用聚氨酯彈性體領域的專利技術處于蓬勃發展、技術分布廣泛的有利環境中。希望我國汽車企業和相關研究機構，能夠加大創新力度，借助專利這個技術發展的保護傘，制定符合國情的專利戰略，進一步加強對聚氨酯彈性體的研究和開發，提高專利質量，在汽車行業這個巨大市場中占據一席之地。不僅要繼續提高研發力度，更應該積極開拓市場、邁出國門、拓展思路，爭取內外兼修，使高性能的聚氨酯彈性體材料在車用領域得到更為廣泛的應用和發展。

［1］陸剛.探究神奇的車用聚氨酯材料[J].聚氨酯，2013 （5）：54-59.

［2］朱熠，等.熱塑性彈性體在汽車行業的應用進展[J].汽車工藝與材料，2014（12）：39-45.

［3］中國聚氨酯工業協會.中國聚氨酯工業協會彈性體專業委員會2013年會論文集[C].西寧：[出版者不詳]，2013.

Analysis of China Patents on Polyurethane Elastomer Useful in the Automobile Industry

Li Weiwei Li Ying Feng GangZheng Jun
(Patent examination cooperation Beijing center of the patent office,SIPO,Beijing 100081)

Chinese patent applications about polyurethane elastomeruseful in the automobile industry were taken as sample and the overall development status of that was analyzed and studied based on time distribution,main appli?cants,area distribution,and technical general situation.Some suggestion on the patent application strategy was put for?ward for China enterprises.

polyurethane elastomer;automobile;patent

TQ334.1

A

1003-5168（2016）10-0062-04

2016-9-30

李蔚慰（1984-），女，碩士研究生，助理研究員，研究方向：高分子化學領域；李胤（1983-），女，碩士研究生，助理研究員，研究方向：高分子化學領域（等同于第一作者）。