碳纖維行業(yè)專利現(xiàn)狀分析及建議

馬祥林 楊正宇

摘要：利用數(shù)據(jù)庫對碳纖維專利現(xiàn)狀進行了分析，特別是專利權人的分布和應用領域等方面，為提高碳纖維技術發(fā)展、促進工程化產業(yè)化進程和我國碳纖維行業(yè)發(fā)展提出了專利布局的建議。

關鍵詞：碳纖維；專利分析；

中圖分類號：G306 文獻標識碼：A 文章編號：1003-5168（2018）06-0055-04

Analysis and Suggestions on the Current Status of carbon Fiber Industry Patent

MA Xianglin YANG Zhengyu

（1. Henan Permanent Coal Fiber Co. Ltd.， Shangqiu Henan476000；

2. Henan Energy Chemical Group， Zhengzhou Henan 450046）

Abstract： The current status of carbon fiber industry patent is analyzed by using the database of intellectual property， especially the patent distribution of the patentee， time and application fields， in order to improve the development of carbon fiber technology， promote the development of industrialization process engineering and carbon fiber industry in China put forward the proposal for the layout of patent.

Key words： carbon fiber； patent analysis

碳纖維是一種質輕高強的新材料，主要應用于航空、航天及民用領域。按原料來源分為瀝青基、黏膠基和聚丙烯腈碳纖維（PAN碳纖維），其中PAN碳纖維占世界總產量90%以上，主要工藝流程為聚合、紡絲、氧化、碳化、表面處理[1-2]。

全球碳纖維快速發(fā)展，到2026年全球碳纖維市場需求將達到80億美元，年復合增率將達到10.8%[3]。近年來，PAN碳纖維成為我國新材料行業(yè)研發(fā)熱點、國家扶持的重點；T300、T700級產品已完成工業(yè)化，T800、M50級已進入工程化實施階段。而從碳纖維專利情況凸顯了碳纖維知識產權的布局，也反映了碳纖維市場及研發(fā)方向[4-8]。

通過檢索統(tǒng)計，分析了碳纖維及相關領域專利的活動情況、分布和發(fā)展，為碳纖維從業(yè)人員了解技術狀況、行業(yè)布局及產業(yè)發(fā)展提供建議。

1 數(shù)據(jù)來源及研究方法

以某數(shù)據(jù)庫為信息來源，以“碳纖維”或“炭纖維”為檢索字段，數(shù)據(jù)截至2017年11月10日，共檢索到文獻289 637件，其中專利109 296件，期刊106 910篇，碩博論文46 501篇，會議論文46 501篇，報紙報道12 378篇，外文9 897篇，標準315件，成果15 165件（見圖1）。

2 專利分析

檢索1998—2017年碳纖維專利文獻共109 296件，其中發(fā)明公開專利62 417件（授權20 910件），實用新型專利21 008件，發(fā)明和實用新型專利占總量76.33%（數(shù)據(jù)年份為申請年，同族專利以多件計）。

如圖2，在2003年以前，我國在碳纖維領域的專利每年申請量相對較低，從2003年開始年申請量呈持續(xù)快速增長態(tài)勢，2010年至2016年急劇增長，到2016年已達18 314件。2003年以前年申請量低于1 000件，2003年后相關專利申請量增加到了千件以上，年平均增長率達25.9%。分析表明，2010—2016年碳纖維需求的逐步增加引起了科研院所及企業(yè)的重視，促進了技術研發(fā)及專利申請，我國碳纖維技術正處于發(fā)展階段。

2.1 申請人分布

從碳纖維中國專利前10名申請人分析，中國高校、個人、企業(yè)和科研機構均申請了大量碳纖維技術專利。申請量前10名申請人高校5所，企業(yè)4家，個人1名（見表1）。

由表1可見，我國碳纖維專利申請人數(shù)量龐大；哈爾濱工業(yè)大學、東華大學、清華大學、北京化工大學、上海交通大學等高校及中國石油化工股份有限公司的專利領域較寬，主要涉及碳纖維產業(yè)鏈中的原絲及碳復材料的制備；東麗株式會社、萊雅公司和杜邦公司的專利申請除了涉及上游，也涉及碳纖維產業(yè)鏈下游的應用方面，如碳纖維復合材料。而現(xiàn)階段國內碳纖維技術團隊集中于高校，代表院校有哈爾濱工業(yè)大學、東華大學、北京化工大學，同時高校技術含量、研發(fā)團隊等方面優(yōu)勢顯著；碳纖維缺乏龍頭企業(yè)。

2.2 主題分析

根據(jù)《國際專利分類表》（IPC分類）對專利進行統(tǒng)計分析，C部：化學/冶金占27.16%；B部：作業(yè)/運輸占21.14%；H部：電學占12.99%；A部：人類生活必需占12.41%；D部：紡織/造紙占9.50%；F部：機械工程/照明/加熱/武器/爆破占7.98%；E部：固定建筑物占4.80%；G部：物理占4.04%（見表2）。

從IPC分類中得到排名前10位的IPC大類分別是C08L（碳纖維原絲的加工原料）、C08K（制備具有碳纖維結構體的碳纖維復合材料）、H01M（用于直接轉變化學能為電能的方法或裝置）、B32B（碳纖維復合材料）、B29C（碳纖維復合材料成型工藝）、C04B（建筑材料）、D01F（碳纖維原絲以及碳纖維的生產技術、生產設備）、A61K（醫(yī)用、牙科用或梳妝用的配制品）、C08J（工藝過程）、B01D（分離）。其中C08L和C08K占比最大，分別為10.74%和9.52%。

通過對IPC大類的共詞分析，得出IPC大類的技術關聯(lián)圖（見圖3）。由圖3，占比最大的是C08L、C08K、H01M、B32B和B29C，說明與這些大類有關聯(lián)關系的大類更多，因此可推斷這些大類是碳纖維領域的基礎技術或重點技術；如碳纖維原絲以及碳纖維的生產技術（C08L），其是生產高質量碳纖維的基礎，碳纖維專利中IPC大類號C08L中，以C08L 63/00、C08L 23/06和C08L 23/12小組號最多，分別關于環(huán)氧樹脂及衍生物的組合物、聚乙烯、聚丙烯碳纖維原絲的制備，說明開發(fā)新的碳纖維原料，進一步降低生產成本，是碳纖維技術研究的一個焦點；制備具有碳纖維結構體的碳纖維復合材料（C08K）和碳纖維復合材料成型工藝（B29C）即是碳纖維應用的重點領域。

上述數(shù)據(jù)顯示，碳纖維原絲制備、碳纖維相關設備及其復合材料等研發(fā)工作成為行業(yè)發(fā)展的基礎研究，其中，IPC分類C08L中，以聚乙烯、聚丙烯作為碳纖維生產原料制備原絲，開發(fā)新的碳纖維生產原料，進一步降低生產成本是碳纖維技術研究的重點。

3 結論

PAN基碳纖維作為高性能戰(zhàn)略性新材料，國內碳纖維產品質量和技術裝備的技術與國外還存在差距。經(jīng)上述分析，提出幾點建議。

3.1 強化研企合作促進行業(yè)發(fā)展

盡管2013年10月建立了“碳纖維及其復合材料產業(yè)技術創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟”，出于保護商業(yè)秘密和技術秘密目的，各單位仍各自為戰(zhàn)，沒有達到成立聯(lián)盟“構建高水平的行業(yè)合作、交流、協(xié)商平臺”的宗旨。

碳纖維及復合材料的技術研究、產品開發(fā)、成果孵化應以企業(yè)創(chuàng)新為主體，形成產學研結合的技術創(chuàng)新體系。從專利合作情況來看，國內碳纖維高校及企業(yè)已開展了產學研合作，合作專利量及合作者數(shù)量較多的有東華大學、北京化工大學和中國石油化工股份有限公司。在進行國內技術合作的同時，國內企業(yè)需加強與國外碳纖維研發(fā)機構的合作，擴大產學研合作空間，完成專利技術通過企業(yè)轉化為實際的生產力，促進碳纖維專利技術的工程化和產業(yè)化。

3.2 重視專利布局構建預警體系

外國碳纖維專利形成了完整的體系，囊括了各工序技術，同時研究領域還涉及碳復材料回收及性能改進、碳復合材料及樹脂。而我國碳纖維專利主要集中在：研發(fā)出新的共聚體，提高聚合體分子量；共聚單體的低溫溶液聚合體系；原絲耐熱油劑；氧化速率及皮芯結構；干噴濕紡、氧化碳化等設備改進。

我國碳纖維研究單位具有自己的研究方向，構建其專利池，為防止外國企業(yè)設置專利壁壘，在加大碳纖維產業(yè)研發(fā)攻關力度的同時，也應建立專利預警體系。

3.3 加強國際申請推動行業(yè)進步

作為碳纖維龍頭的日本，注重相關專利布局，常采用專利先行戰(zhàn)略。而中國在碳纖維領域的國際專利屈指可數(shù)，可能由于行業(yè)內技術保密、PCT專利意識薄弱等原因。

目前，國內碳纖維技術重點是實現(xiàn)國產化，滿足國內需求。經(jīng)過近二三十年的快速發(fā)展，我國碳纖維技術取得一定的技術成果，但希望其重視PCT專利申請，保護其知識產權，利用專利制度既可以向市場提供專利產品，還可以向他人實施專利許可或轉讓，增加碳纖維技術的控制力。

20世紀80年代是國外碳纖維專利申請的高峰，現(xiàn)超期專利對我國碳纖維技術的發(fā)展仍然具有指導意義，國內企業(yè)和研究機構可對其進行消化吸收，盡快掌握核心技術，實現(xiàn)自主創(chuàng)新，推動國內碳纖維的發(fā)展。

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