基于專利分析的我國復(fù)合材料發(fā)展研究

曲 偉，儲開宇，趙久蘭

(1.華北電力大學(xué)科學(xué)技術(shù)處，河北 保定 071003)(2.華北電力大學(xué)機(jī)械工程系，河北 保定 071003)

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基于專利分析的我國復(fù)合材料發(fā)展研究

曲 偉1，儲開宇2，趙久蘭2

(1.華北電力大學(xué)科學(xué)技術(shù)處，河北 保定 071003)(2.華北電力大學(xué)機(jī)械工程系，河北 保定 071003)

曲 偉

首先，概述了美、英、日等發(fā)達(dá)國家復(fù)合材料在航空航天、汽車工程等領(lǐng)域的發(fā)展現(xiàn)狀，指出了我國在復(fù)合材料發(fā)展和應(yīng)用領(lǐng)域存在的部分問題。然后，通過在國家知識產(chǎn)權(quán)局專利數(shù)據(jù)庫查詢復(fù)合材料關(guān)鍵字，獲得我國復(fù)合材料領(lǐng)域內(nèi)專利申請和授權(quán)數(shù)據(jù)。利用專利信息分析法，分別從年度分布、主要申請人、技術(shù)態(tài)勢3個方面揭示出我國復(fù)合材料的發(fā)展現(xiàn)狀及研發(fā)熱點(diǎn)。最后，對比了我國相比其他國家復(fù)合材料發(fā)展的優(yōu)勢和劣勢,為我國復(fù)合材料相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)創(chuàng)新和未來發(fā)展提出了建議。

復(fù)合材料；發(fā)展現(xiàn)狀；專利；技術(shù)態(tài)勢；研發(fā)熱點(diǎn)

1 前 言

復(fù)合材料是指由兩種或兩種以上不同物質(zhì)以不同方式組合而成的多相材料，包括增強(qiáng)相和基體相，可以克服單一組元的缺陷，發(fā)揮各組元材料的優(yōu)點(diǎn)。一般復(fù)合材料所具備的性能有：比強(qiáng)度和比模量高、抗疲勞和破斷安全性好、高溫性能優(yōu)良以及減震性能好[1]?，F(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展離不開復(fù)合材料的推動，尤其是在航空航天等高精尖技術(shù)密集行業(yè)，復(fù)合材料的身影時刻可見。國外發(fā)達(dá)國家對復(fù)合材料的研究比較早，技術(shù)比較成熟，在許多領(lǐng)域，都已實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，取得顯著經(jīng)濟(jì)效益。大量的工業(yè)實(shí)踐表明復(fù)合材料科學(xué)的發(fā)展，不僅能夠推動科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，而且對于國家綜合國力的提高也發(fā)揮著重要的作用[1]。

2 國外復(fù)合材料發(fā)展現(xiàn)狀概述

進(jìn)入21世紀(jì)以來，全球復(fù)合材料市場快速增長，2007年，全世界復(fù)合材料年產(chǎn)量達(dá)550萬t；2009年全球復(fù)合材料的產(chǎn)量約900萬t；2013年全球復(fù)合材料年消費(fèi)量約870萬t，價值770億歐元；2015年復(fù)合材料的年產(chǎn)值已高達(dá)1300億美元以上。到2010年，亞太地區(qū)的復(fù)合材料產(chǎn)量占全球的38%，達(dá)到800萬t。在中國，復(fù)合材料的起步較晚，從20世紀(jì)50年代開始，發(fā)展緩慢，到80年代增長率僅為13%，但是近十年卻有了突破性的發(fā)展，2012年我國的復(fù)合材料產(chǎn)量高達(dá)400萬t。以應(yīng)用最為廣泛的碳纖維復(fù)合材料為例，2007年以來，我國碳纖維的產(chǎn)能快速增加，截止2014年產(chǎn)量由200 t增加到2600 t，占全球產(chǎn)量12.6萬t的2.1%，比2010年不足1%有了較大增長[2-8]。

2.1 航空航天領(lǐng)域

在軍用航空航天領(lǐng)域，“美國空軍2025年展望”中將材料與工藝列為空中六大高效力技術(shù)之一。美國輕型偵查攻擊直升機(jī)RAH-66，復(fù)合材料用量約50%；殲擊機(jī)F-22先進(jìn)復(fù)合材料的用量達(dá)25%；軍用直升機(jī)達(dá)到50%，如V-22復(fù)合材料占總重的45%左右。美國“全球鷹”碳纖維復(fù)合材料無人偵察機(jī)，復(fù)合材料占65%；“太陽神”碳纖維復(fù)合材料無人機(jī)，主承力機(jī)構(gòu)采用碳纖維復(fù)合材料；X-45系列碳纖維復(fù)合材料無人機(jī)，復(fù)合材料用量45%。俄羅斯的第5代戰(zhàn)斗機(jī)S-37中，在前掠式機(jī)翼、彎曲進(jìn)氣道等機(jī)構(gòu)中大量采用復(fù)合材料，將有效載荷提高20%～25%，生產(chǎn)成本降低40%～60%；法德合作研制的虎式武裝直升機(jī)，復(fù)合材料用量高達(dá)80%；歐洲A400M軍用運(yùn)輸機(jī)復(fù)合材料約占結(jié)構(gòu)件重量40%，機(jī)翼部位碳纖維復(fù)合材料所占比例高達(dá)85%[9-13]。在國內(nèi)，是從20世紀(jì)70年代開始研究復(fù)合材料在航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用。軍機(jī)方面，在90年代前我國飛機(jī)上的復(fù)合材料比例不到10%，例如殲11-B重型戰(zhàn)機(jī)的機(jī)翼、垂直尾翼和水平尾翼等部位采用了復(fù)合材料，占飛機(jī)結(jié)構(gòu)的9%；殲-10戰(zhàn)斗機(jī)水平尾翼和鴨翼上采用碳纖維復(fù)合材料，比例約為10%。但是最近研究成果中，我國戰(zhàn)斗機(jī)J-20上的復(fù)合材料達(dá)到20%，目標(biāo)用量29%，有望超過美國的F-22水平；武裝直升機(jī)直9、直10的復(fù)合材料用量都在35%以上，新研制的武裝直升機(jī)用量目標(biāo)為50%；2013年，中國“雷鳥”碳纖維復(fù)合材料無人機(jī)，機(jī)身和機(jī)翼為全碳纖維復(fù)合材料[14]。總體而言，軍用航空航天領(lǐng)域，我國復(fù)合材料的應(yīng)用規(guī)模已經(jīng)接近世界最高水平，但應(yīng)用水平還有待提高。

在民用航空航天領(lǐng)域，2003年美國科學(xué)院發(fā)布的《面向21世紀(jì)國防需求的材料》研究報告中指出，在未來的20～30年內(nèi)，唯一能使飛行器性能提升20%～25%的只有復(fù)合材料[15]。2011～2020年，全球范圍內(nèi)可望增加12400架飛機(jī)，新飛機(jī)上的復(fù)合材料質(zhì)量占比約為54%[16]。2013年6月，空客研制的新型超寬體A-350XWB客機(jī)試飛成功，復(fù)合材料用量高達(dá)53%；波音公司的B747復(fù)合材料的用量達(dá)到近50%，并應(yīng)用在主承力結(jié)構(gòu)上；2015年，龐巴迪宇航公司的里爾85型噴氣機(jī)，是第一架全復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的私人飛機(jī)，它具有出眾的比強(qiáng)度，維修成本減少，使用年限延長。在國內(nèi)，我國10年前的發(fā)展是較為緩慢的，在2008年，客機(jī)ARJ21上的復(fù)合材料用量僅為2%；上海大型客機(jī)C919復(fù)合材料用量在13%。但隨著國家對復(fù)合材料的重視，其在民用航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用也越來越廣泛。我國B77-200民用飛機(jī)上應(yīng)用了我國自行研制的碳纖維復(fù)合材料剎車預(yù)制件，其性能已全面達(dá)到國外水平；2014年中國航展上中國自主知識產(chǎn)權(quán)的領(lǐng)世AG300亮相，整機(jī)復(fù)合材料用量超過90%；2015年我國首款電動輕型運(yùn)動飛機(jī)“銳翔”，是我國第一個具有自主知識產(chǎn)權(quán)的電動清潔能源、全復(fù)合材料輕型運(yùn)動飛機(jī)。

2.2 汽車工業(yè)領(lǐng)域

在歐洲、美國及日本等汽車制造業(yè)發(fā)達(dá)的國家，高性能復(fù)合材料已在汽車工業(yè)得到廣泛應(yīng)用。目前，復(fù)合材料越來越多地被用于汽車車身覆蓋件、內(nèi)裝飾件、外裝飾件、結(jié)構(gòu)件和功能件的開發(fā)與制造[17-21]。在歐洲，復(fù)合材料在奔馳、大眾、沃爾沃等汽車公司的各種車型中大量應(yīng)用。在美國，復(fù)合材料的應(yīng)用令通用、福特、克萊斯勒三大汽車公司以及Mack、Aerostar等重型車生產(chǎn)商受益匪淺。在日本，豐田及五十鈴等公司在復(fù)合材料的研究與應(yīng)用上，處于領(lǐng)先地位。一汽大眾的奧迪A6的SMC后保險杠緩沖梁、GMT后備箱、BMC車燈反射罩、GMT前端模塊以及寶來的GMT前端模塊都應(yīng)用了復(fù)合材料。還包括雪鐵龍M59的SMC雙層車頂，RENAULT公司的MEGANE車型的SMC后箱蓋，梅賽德斯奔馳的車門板等等。在國內(nèi)，汽車工業(yè)是我國的重要產(chǎn)業(yè)，而復(fù)合材料在我國汽車工業(yè)的應(yīng)用可追溯到20世紀(jì)50年代，主要表現(xiàn)為玻璃鋼在大型客車上的應(yīng)用。在結(jié)構(gòu)件與功能件方面，南汽的MG7的SMC車頂骨架、東風(fēng)雪鐵龍的標(biāo)致的LFT前端模塊、上海通用的凱瑞系列GMT后排座椅骨架、奇瑞汽車的東方之子GMT保險杠緩沖梁均采用復(fù)合材料制備。在車身外覆蓋件方面，東風(fēng)雪鐵龍的標(biāo)致的翼子板、大眾的EOS的行李箱蓋均應(yīng)用了復(fù)合材料。在內(nèi)飾方面，上海汽車榮威系列的LFT底部導(dǎo)流板、海南馬自達(dá)6的LFT車門內(nèi)板、東風(fēng)雪鐵龍富康的SMC擾流板、上海大眾帕斯特B5的GMT蓄電池托架以及斯柯達(dá)的LFT儀表板等均是采用復(fù)合材料[22]。而我國首輛具有自主知識產(chǎn)權(quán)的碳纖維新能源汽車奧新e25緊湊型A級車于2015年在江蘇鹽城下線，比一般汽車要減重50%，降低單位里程能耗，提高了動力和續(xù)航能力。

2.3 其他領(lǐng)域

在建筑領(lǐng)域，復(fù)合材料主要應(yīng)用于橋梁、道路以及房屋等方面[23]。在國外，意大利米蘭國際機(jī)場的新喜來登酒店內(nèi)部的裝飾就是采用的復(fù)合材料；新加坡的藝術(shù)科技博物館也采用了輕質(zhì)復(fù)合材料；2014年，英國北威爾士地區(qū)豎起開合式復(fù)合材料新型橋梁；2015年，日本人成功研制出了高強(qiáng)輕量木質(zhì)建筑物用復(fù)合材料，稱使用強(qiáng)度為鋼鐵的10倍，擬于2018年實(shí)現(xiàn)在建筑物上的應(yīng)用。在國內(nèi)，我國在建筑領(lǐng)域擁有巨大的復(fù)合材料市場，我國在人民大會堂、天安門城樓、北京工人體育場、軍事博物館、京沈高速公路、北京地鐵隧道、北京國貿(mào)立交橋、中石油輸油管道等重要的機(jī)構(gòu)加固材料都采用了碳纖維布及碳纖維復(fù)合材料板；上海世博會中的埃及館和捷克館的入口處曲面造型都采用了復(fù)合材料；2014年，天津卡本復(fù)合材料有限公司在橋梁預(yù)應(yīng)力碳纖維板加固取得新突破。

在船舶領(lǐng)域，美國是最早應(yīng)用復(fù)合材料制造船舶的國家。此外，日本、英國和意大利等國在船舶領(lǐng)域?qū)?fù)合材料的研究應(yīng)用也非常廣泛，都有了非常大突破[24-25]。英國VTHalmatic船艦制造商制造了熱塑性塑料船底DUC，瑞典采用夾層復(fù)合材料技術(shù)建造高速軍用艇和巡邏艇。譬如，Baltic公司的超級游艇、巴拿馬超級雙桅船等，其技術(shù)水平和船舶性能非常優(yōu)越；美國采用多種復(fù)合材料輕量化技術(shù)生產(chǎn)的AH-100-P氣墊船，具有重量輕、能耗低等優(yōu)點(diǎn)。瑞典的Smype號是第一艘復(fù)合材料隱形試驗(yàn)艇，其水平在世界處于領(lǐng)先地位。國內(nèi)的船舶領(lǐng)域，是在20世紀(jì)60年代開始復(fù)合材料在船舶上的應(yīng)用。2008年深圳海斯比設(shè)計(jì)建造的SDI388全復(fù)合材料高速艇成功下水，該公司開發(fā)的HPI500超高速巡邏艇為我國的國防安全做出了重大貢獻(xiàn)[24]。近幾十年，我國創(chuàng)新研制的船用鈦合金和仿制的鈦合金已經(jīng)形成我國船用鈦合金體系?？偠灾?，我國船舶領(lǐng)域的復(fù)合材料應(yīng)用發(fā)展迅速[25]。

風(fēng)能是清潔環(huán)保和可再生能源，在國外，東麗、Zoltek等企業(yè)針對風(fēng)力市場的特殊需求，推出了專用的碳纖維材料產(chǎn)品，Gurit、Hexcel等產(chǎn)品制造商開發(fā)了葉片專用碳纖維預(yù)浸料。目前，丹麥Vestas、美國GE、西班牙Gamesa等公司正在采用碳纖維復(fù)合材料生產(chǎn)風(fēng)機(jī)葉片，而我國僅有連云港中復(fù)復(fù)合材料有限公司和中材科技風(fēng)電葉片股份有限公司實(shí)現(xiàn)了碳纖維在風(fēng)電葉片的規(guī)模化應(yīng)用[26]。

體育休閑領(lǐng)域也是復(fù)合材料應(yīng)用較為廣泛的領(lǐng)域，尤其是在復(fù)合材料發(fā)展的早期階段。在國外，自行車、釣魚竿、沖浪板、滑雪板、高爾夫球桿、羽毛球拍和網(wǎng)球拍等體育器材上的復(fù)合材料所占比例很大，尤其是高爾夫球桿已經(jīng)實(shí)現(xiàn)碳纖維化。在國內(nèi)，中國臺灣大力發(fā)展復(fù)合材料產(chǎn)業(yè)，形成了一批創(chuàng)新能力突出、市場競爭力強(qiáng)的復(fù)合材料高技術(shù)企業(yè)群。近幾年，我國東南沿海地區(qū)復(fù)合材料發(fā)展迅速。統(tǒng)計(jì)資料表明，截止到2013年，世界上有60%的復(fù)合材料高爾夫球桿、釣魚竿等體育休閑用品產(chǎn)自中國大陸[14]，而我國的碳纖維復(fù)合材料60%都用在體育休閑領(lǐng)域。2010年，國內(nèi)此領(lǐng)域的碳纖維復(fù)合材料的需求量是6000 t，到2015年為1.7萬t；2014年，我國首支碳纖維復(fù)合材料標(biāo)槍成功問世[27]。煙臺威海光威集團(tuán)有限責(zé)任公司號稱是世界上最大的復(fù)合材料釣魚竿廠；江蘇連云港神鷹新材料有限責(zé)任公司復(fù)合材料自行車年產(chǎn)10萬輛。在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，復(fù)合材料尤其是碳纖維材料具有不吸收X射線的優(yōu)良特性以及優(yōu)良的力學(xué)性能，通常用碳纖維制造X光機(jī)及矯形支架等，并且其在纖維增強(qiáng)的骨粘合劑、人工關(guān)節(jié)、人工骨和骨夾板骨釘方面因其優(yōu)良性能得到廣泛應(yīng)用[1]。

近10年來復(fù)合材料在全球范圍內(nèi)發(fā)展迅猛，雖然我國對復(fù)合材料的研究起步較晚，但是國家非常重視復(fù)合材料在各領(lǐng)域的應(yīng)用研究，鼓勵產(chǎn)業(yè)自主創(chuàng)新，不僅在規(guī)模上和數(shù)量上實(shí)現(xiàn)了復(fù)合材料的飛速發(fā)展，同時在創(chuàng)新先進(jìn)復(fù)合材料方面不斷取得突破。隨著科學(xué)技術(shù)，尤其是高精尖技術(shù)的發(fā)展，對新型復(fù)合材料性能提出了更高的要求，復(fù)合材料的發(fā)展趨勢也在向智能化、環(huán)保型、創(chuàng)新型等方面發(fā)展[28-30]。為了深入研究我國復(fù)合材料的發(fā)展現(xiàn)狀，為我國復(fù)合材料產(chǎn)業(yè)的發(fā)展助力，基于準(zhǔn)確數(shù)據(jù)的復(fù)合材料技術(shù)和產(chǎn)業(yè)分析必不可少。據(jù)世界知識產(chǎn)權(quán)的統(tǒng)計(jì)，全世界的技術(shù)創(chuàng)新成果90%以上會出現(xiàn)在專利文獻(xiàn)中[31]，各個領(lǐng)域的技術(shù)發(fā)展動向和最新研究熱點(diǎn)都可以從專利信息中獲得[32-36]。因此，本論文的研究工作從專利信息的角度，分析我國復(fù)合材料的發(fā)展現(xiàn)狀，挖掘未來復(fù)合材料的研發(fā)和應(yīng)用熱點(diǎn)方向，對于提高我國復(fù)合材料的研究和應(yīng)用水平，乃至提高我國工業(yè)化水平和綜合國力具有重要的指導(dǎo)意義。

3 我國復(fù)合材料相關(guān)技術(shù)熱點(diǎn)分析

3.1 專利申請總體態(tài)勢分析

專利數(shù)量能反映一個地區(qū)的創(chuàng)新活力、專利意識以及對專利的關(guān)注程度，從行業(yè)技術(shù)創(chuàng)新活動程度和知識儲備水平評估資源優(yōu)勢[29]。國內(nèi)的專利分為發(fā)明、實(shí)用新型、外觀設(shè)計(jì)3種。通常發(fā)明專利申請要在申請之日起18個月后公開，所以2014、2015年專利申請量并不能反映實(shí)際水平，故此兩年數(shù)據(jù)僅作為參考，我們將不再對此兩年進(jìn)行分析和討論。通過查詢國家知識產(chǎn)權(quán)專利數(shù)據(jù)庫，查詢?nèi)掌跒?015年11月22日，發(fā)現(xiàn)從1985年到2013年期間，專利申請共50109件，其中申請發(fā)明專利為37646件，實(shí)用新型專利11605件，外觀設(shè)計(jì)903件，發(fā)明授權(quán)17875件。圖1為我國1985～2013年間的復(fù)合材料專利申請情況。

圖1 1985～2013年我國復(fù)合材料相關(guān)專利申請情況Fig.1 Patent application amounts of composite material in China between 1985 and 2013

從圖1中可以看出，1985專利申請數(shù)量55件，2000年為497件，16年間我國復(fù)合材料專利申請平均年增長量21.615，在這期間增長比較緩慢，說明我國對復(fù)合材料的研究尚在起步階段，申請量處于較低水平。2001年～2012年，專利呈現(xiàn)逐年增長態(tài)勢，從2001年765件到2013年9494件，專利數(shù)量增長了數(shù)十幾倍，尤其是最近幾年，申請數(shù)量出現(xiàn)迅猛增長，2011年專利數(shù)量6478，年增長率36.29%；2012年專利數(shù)量8387，年增長率29.47%，專利數(shù)量增長率創(chuàng)歷史新高；2013年專利數(shù)量9494，年增長率13.2%。可以預(yù)料，在現(xiàn)代工業(yè)的高速發(fā)展和技術(shù)水平的高要求下，我國對復(fù)合材料的研究將更加深入，未來專利申請數(shù)量會再創(chuàng)新高。

總體上，我國復(fù)合材料專利申請呈現(xiàn)出逐步增長的態(tài)勢。該發(fā)展過程可以分為兩個階段：第一階段是從1985～2000年，處于緩慢增長階段，起步期；通過引進(jìn)先進(jìn)技術(shù)，我國開始對復(fù)合材料的基礎(chǔ)理論、設(shè)計(jì)、制備技術(shù)和應(yīng)用進(jìn)行研究，這階段專利申請量較少。第二階段是從2001～2013年，專利數(shù)量出現(xiàn)迅猛增長的態(tài)勢，處于發(fā)展期；復(fù)合材料的發(fā)展和應(yīng)用受到黨和國家的關(guān)注，2003年5月“鋁基復(fù)合材料及其表面涂層”項(xiàng)目正式在國防科工委立項(xiàng)、2008年11月國家批復(fù)建設(shè)“結(jié)構(gòu)性碳纖維復(fù)合材料國家工程實(shí)驗(yàn)室”項(xiàng)目、國務(wù)院《十二五國家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》將復(fù)合材料列為重點(diǎn)發(fā)展的三大新型材料之一，復(fù)合材料的產(chǎn)業(yè)化備受矚目，正是在這些政策的引導(dǎo)下，推動著我國復(fù)合材料的快速發(fā)展。

3.2 專利類型和年度分布分析

國內(nèi)的專利分為發(fā)明、實(shí)用新型、外觀設(shè)計(jì)3種。不同的專利類型意味著專利保護(hù)對象、審查標(biāo)準(zhǔn)、授權(quán)條件、保護(hù)期限不同。從創(chuàng)新的角度看，發(fā)明專利相對于實(shí)用新型和外觀設(shè)計(jì)而言，其創(chuàng)新程度和技術(shù)重要性更高，專利轉(zhuǎn)化或者應(yīng)用的機(jī)會更多[37]。根據(jù)專利類型對復(fù)合材料專利進(jìn)行檢索，截止到2013年為止，專利申請情況如圖2所示。發(fā)明專利申請、發(fā)明專利授權(quán)和實(shí)用新型年度分布如圖3所示。

圖2 專利類型分布Fig.2 Patent type distribution

圖2表明，發(fā)明專利占專利總數(shù)的比重最大，達(dá)到75.13%，實(shí)用新型次之，23.16%，外觀設(shè)計(jì)僅占1.71%。說明我國對復(fù)合材料的研究有較高的技術(shù)創(chuàng)新水平，專利申請的質(zhì)量較高，知識產(chǎn)權(quán)保護(hù)意識越來越好。從圖3可以看出，發(fā)明專利和實(shí)用新型申請數(shù)量逐年增長，發(fā)明專利的年增長量要高于實(shí)用新型，說明我國對復(fù)合材料研究、創(chuàng)新能力越來越強(qiáng)。尤其是最近幾年，發(fā)明專利數(shù)量更是呈現(xiàn)快速增長的趨勢，年增長率分別是：2010年18.17%、2011年31.76%、2012年28.37%、2013年23.38%，說明隨著我國在2009年成為世界最大的汽車市場及2010年JEC國際復(fù)合材料亞洲展的成功召開，帶動了我國復(fù)合材料行業(yè)的快速發(fā)展，相關(guān)發(fā)明專利申請也在逐漸增長。發(fā)明授權(quán)數(shù)量也在逐年增長，2012年有所回落，主要因?yàn)榘l(fā)明專利一般從申請到公開需要18個月甚至3年的時間，按照2011和2012年發(fā)明授權(quán)數(shù)2310件和2362件的周期趨勢分析，2013年發(fā)明授權(quán)量應(yīng)該在將近2500件。2010年，發(fā)明專利申請4753件，授權(quán)1983件，授權(quán)率41.72%；2011年，發(fā)明專利申請6478件，授權(quán)2310件，授權(quán)率35.66%；2012年，發(fā)明專利申請8387件，授權(quán)2362件，授權(quán)率28.16%；2013年，發(fā)明專利申請9494件，授權(quán)1991件，授權(quán)率20.97%。發(fā)明專利申請量逐年增加，說明我國復(fù)合材料產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新能力日益增強(qiáng)。

圖3 發(fā)明專利申請、發(fā)明專利授權(quán)和實(shí)用新型申請數(shù)量年度分布Fig.3 Annual distributions of invention application,invention authorization and utility model application

3.3 主要申請人分析

通過對復(fù)合材料相關(guān)的專利權(quán)人進(jìn)行分析，能夠獲得該技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)不同企業(yè)從事創(chuàng)新活動的信息，可以找到該技術(shù)領(lǐng)域的主要競爭者[37]。統(tǒng)計(jì)了1985～2013年間，發(fā)明專利授權(quán)數(shù)量及發(fā)明專利申請量。為了研究我國復(fù)合材料專利申請人的技術(shù)創(chuàng)新情況，我們將授權(quán)專利數(shù)量排名前15位的機(jī)構(gòu)列于表1中。

表1 專利申請人情況

由表1可以看出，排名前15的申請人中包括13所高校和2家科研機(jī)構(gòu)。哈爾濱工業(yè)大學(xué)排名第一，授權(quán)專利數(shù)量340件，比排名第二的上海交通大學(xué)多50件，北京化工大學(xué)178件排名第三，說明我國對復(fù)合材料的研究高校起主導(dǎo)作用，其中哈爾濱工業(yè)大學(xué)處于領(lǐng)先地位，具有較強(qiáng)的創(chuàng)新能力和創(chuàng)新競爭力。哈爾濱工業(yè)大學(xué)早在20世紀(jì)50年代，就開始了復(fù)合材料的研究工作，到80年代中期，創(chuàng)立了復(fù)合材料研究室，開始先進(jìn)復(fù)合材料的研究工作，在該領(lǐng)域具有深厚的研究基礎(chǔ)。2家科研機(jī)構(gòu)包括中國科學(xué)院化學(xué)研究所和中國科學(xué)院金屬研究所，申請量142和124件，分別排在第8和12位，雖然授權(quán)數(shù)量排名不是很靠前，但是授權(quán)率很高，分別為55.25%和54.63%，說明這2家科研機(jī)構(gòu)發(fā)明專利質(zhì)量很高，具有很強(qiáng)的創(chuàng)新力和競爭力。綜上所述，我國對復(fù)合材料的研究主要集中在高校和科研機(jī)構(gòu)，表明國內(nèi)高校和科研機(jī)構(gòu)在相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域具有較強(qiáng)的創(chuàng)新意識和專利保護(hù)意識，在專利活動中具有較強(qiáng)的競爭優(yōu)勢，但是由于高校和科研機(jī)構(gòu)的研究成果以理論研究為主，技術(shù)并未充分應(yīng)用于市場，所以授權(quán)的發(fā)明專利，還需要進(jìn)行轉(zhuǎn)化，才能取得經(jīng)濟(jì)效益。

3.4 技術(shù)態(tài)勢分析

國際專利分類號(IPC，International Patent Classification)是根據(jù)1971年的《國際專利分類斯特拉斯堡協(xié)定》編制而成的。通過對特定產(chǎn)業(yè)專利申請IPC分布的分析，既可以判斷創(chuàng)新的熱點(diǎn)技術(shù)區(qū)域，又可以判斷其涉及到的技術(shù)領(lǐng)域及發(fā)展趨勢。其中IPC小類是對專利相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域的細(xì)分，通過IPC小類可以深入了解相關(guān)專利的技術(shù)信息。表2是按照IPC小類分類統(tǒng)計(jì)的情況。表中列舉了復(fù)合材料的IPC分類號、專利申請量、占總數(shù)的比重。

表2 復(fù)合材料專利數(shù)量排名前15名的IPC類型

從表2可以看出，我國復(fù)合材料專利申請主要集中在3大技術(shù)領(lǐng)域：C，B，及H。由專利分類號按部分類可知其中C代表化學(xué)、冶金，B代表作業(yè)、運(yùn)輸，H代表電學(xué)。占據(jù)主導(dǎo)地位的是C08L，12149件；其次是C08K和B29C，10887和6818件；3項(xiàng)共計(jì)29854件，占所有專利數(shù)量的26.93%，可見，這3個領(lǐng)域是我國復(fù)合材料研發(fā)的熱點(diǎn)技術(shù)領(lǐng)域。由表2中數(shù)據(jù)來看，我國復(fù)合材料的研究主要集中在復(fù)合材料的設(shè)計(jì)、復(fù)合材料的制備及復(fù)合材料的加工；在復(fù)合材料的應(yīng)用方面，復(fù)合材料的研發(fā)主要集中在B32B(層狀產(chǎn)品)、C04B(建筑材料)及H01(基本電氣元件)，研發(fā)出的這些材料主要應(yīng)用在電子電氣及建筑領(lǐng)域?？梢?，我國對復(fù)合材料的研究深度和廣度與發(fā)達(dá)國家存在差距，尤其是高性能復(fù)合材料的研究，發(fā)達(dá)國家在許多領(lǐng)域已實(shí)現(xiàn)商品化，而我國還處于研發(fā)階段。

為了更好地了解主要申請人在專利研發(fā)熱點(diǎn)領(lǐng)域的分布情況，我們將主要申請人在排名前10 IPC技術(shù)類別中的分布情況，統(tǒng)計(jì)于圖4。從圖4可以看出我國復(fù)合材料研發(fā)的技術(shù)熱點(diǎn)領(lǐng)域C08L(高分子化合物的組合物)和C08K(使用無機(jī)物或非高分子有機(jī)物作為配料)各高校和科研機(jī)構(gòu)都有涉及，其中，中國科學(xué)院化學(xué)研究所在C08L領(lǐng)域和C08K領(lǐng)域?qū)＠麛?shù)量排名第一，表明在上述領(lǐng)域化學(xué)所具有較為突出的創(chuàng)新能力。專利申請總量排名第一的哈爾濱工業(yè)大學(xué)在各個技術(shù)領(lǐng)域?qū)＠顒佣驾^為活躍，申請數(shù)量最多的集中在C22C(合金)、C04B(石灰；氧化鎂；礦渣；水泥；其組合物，例如：砂漿、混凝土或類似的建筑材料；人造石；陶瓷)和B29C(塑料的成型或連接；塑性狀態(tài)物質(zhì)的一般成型；已成型產(chǎn)品的后處理，例如修整)領(lǐng)域。

圖4 主要申請人在排名前10 IPC技術(shù)類別中的分布Fig.4 Applicants distribution in the Top 10 IPC technology categories

4 結(jié) 論

通過對比分析國內(nèi)外復(fù)合材料領(lǐng)域的發(fā)展現(xiàn)狀，可以發(fā)現(xiàn)：①全球復(fù)合材料市場快速增長，相關(guān)研發(fā)工作正處于快速發(fā)展期，我國對復(fù)合材料相關(guān)技術(shù)研發(fā)投入和專利申請數(shù)量增長迅速。②美國、歐洲以及日本等發(fā)達(dá)國家對于復(fù)合材料的研究以企業(yè)為主體，且市場上也已有許多成熟產(chǎn)品，已實(shí)現(xiàn)商品化，而我國的研發(fā)主體主要集中在高校和科研機(jī)構(gòu)，這也表明國內(nèi)復(fù)合材料領(lǐng)域的很多技術(shù)研究還停留在理論研究或中試階段，真正投入市場的比例不高。③在航空航天等高精尖技術(shù)領(lǐng)域，美國、歐洲和日本等發(fā)達(dá)國家，技術(shù)創(chuàng)新能力突出，研制出的高性能復(fù)合材料已成功應(yīng)用到民機(jī)、軍機(jī)、直升機(jī)甚至無人機(jī)上，而通過專利分析可知，我國研制的復(fù)合材料已實(shí)現(xiàn)商用的，大部分用在房屋建筑以及電子電氣產(chǎn)品，高性能航空復(fù)合材料仍處于研發(fā)階段和應(yīng)用的初期階段。

鑒于上述問題，為了推動我國復(fù)合材料的研究和應(yīng)用發(fā)展，以下幾方面的工作需要注意：

(1)應(yīng)從復(fù)合材料的基礎(chǔ)研究入手，根本上解決技術(shù)難題。我國復(fù)合材料的基礎(chǔ)研究底子薄、關(guān)鍵技術(shù)未能實(shí)現(xiàn)突破，為此，政府應(yīng)該布局復(fù)合材料產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，用政策來推動基礎(chǔ)研究。

(2)加強(qiáng)高校、科研機(jī)構(gòu)以及企業(yè)間的合作。在復(fù)合材料一些重點(diǎn)前沿技術(shù)方向上，高校、科研院所創(chuàng)新能力顯著，企業(yè)尚未成為技術(shù)創(chuàng)新的主體，因此，要支持科研院所在企業(yè)建立研發(fā)和專利成果轉(zhuǎn)化基地，共同開展項(xiàng)目建設(shè)和研發(fā)合作，促成我國復(fù)合材料產(chǎn)業(yè)的跨越式發(fā)展。

(3)加大國際合作。我國復(fù)合材料的發(fā)展首先要立足于自主創(chuàng)新，然后國際合作非常有必要。向國外頂尖復(fù)合材料研究團(tuán)隊(duì)派出訪問學(xué)者，引進(jìn)國外公司高精尖的設(shè)備等等，從國家、企業(yè)、科研機(jī)構(gòu)三個層次加大國際合作力度。

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(編輯 惠 瓊)

Research of Composites Materials Development in China Based on Patent Information Analysis

QU Wei1,CHU Kaiyu2,ZHAO Jiulan2

(1.Institute of Science and Technology,North China Electric Power University,Baoding 071003,China)(2.Department of Mechanical Engineering,North China Electric Power University,Baoding 071003,China)

Firstly,the development status of composites materials in the aerospace and automotive industry and other fields in many countries are summarized,such as America,Britain,Japan.Some problems in application and development of composites materials in China are discussed.Secondly,application and authorization information of composites materials patent in China are acquired by searching the keyword ‘composites’ from the patent database of State Intellectual Property Office (SIPO).The development status and research focus of composites materials are analyzed from three aspects:annual distribution,applicants,technology status by the methods of patent information analysis.Finally,the advantages and disadvantages of China’s composites materials development are discussed,compared with other countries.The research result can provide reference for the technology innovation and development of composites materials in China.

composites materials; development status; patent; technology status; development focus

2016-01-14

國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(51301068)；河北省自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(E2014502003)

曲 偉，男，1975年生，工程師，Email:qw_7575@163.com

10.7502/j.issn.1674-3962.2016.11.09

TB33

A

1674-3962 (2016)11-0872-08