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(jìn)行了分析，特別是專利權(quán)人的分布和應(yīng)用領(lǐng)域等方面，為提高碳纖維技術(shù)發(fā)展、促進(jìn)工程化產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程和我國碳纖維行業(yè)發(fā)展提出了專利布局的建議。

關(guān)鍵詞：碳纖維；專利分析；

中圖分類號(hào)：G306 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：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(zhì)輕高強(qiáng)的新材料，主要應(yīng)用于航空、航天及民用領(lǐng)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(chǎn)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(dá)到80億美元，年復(fù)合增率將達(dá)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(diǎn)、國家扶持的重點(diǎn)；T300、T700級(jí)產(chǎn)品已完成工業(yè)化，T800、M50級(jí)已進(jìn)入工程化實(shí)施階段。而從碳纖維專利情況凸顯了碳纖維知識(shí)產(chǎn)權(quán)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(jì)，分析了碳纖維及相關(guān)領(lǐng)域?qū)＠幕顒?dòng)情況、分布和發(fā)展，為碳纖維從業(yè)人員了解技術(shù)狀況、行業(yè)布局及產(chǎn)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(xiàn)289 637件，其中專利109 296件，期刊106 910篇，碩博論文46 501篇，會(huì)議論文46 501篇，報(bào)紙報(bào)道12 378篇，外文9 897篇，標(biāo)準(zhǔn)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(xiàn)共109 296件，其中發(fā)明公開專利62 417件（授權(quán)20 910件），實(shí)用新型專利21 008件，發(fā)明和實(shí)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(jì)）。

如圖2，在2003年以前，我國在碳纖維領(lǐng)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(dá)18 314件。2003年以前年申請量低于1 000件，2003年后相關(guān)專利申請量增加到了千件以上，年平均增長率達(dá)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(jìn)了技術(shù)研發(fā)及專利申請，我國碳纖維技術(shù)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(gè)人、企業(yè)和科研機(jī)構(gòu)均申請了大量碳纖維技術(shù)專利。申請量前10名申請人高校5所，企業(yè)4家，個(gè)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(xué)、東華大學(xué)、清華大學(xué)、北京化工大學(xué)、上海交通大學(xué)等高校及中國石油化工股份有限公司的專利領(lǐng)域較寬，主要涉及碳纖維產(chǎn)業(yè)鏈中的原絲及碳復(fù)材料的制備；東麗株式會(huì)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(chǎn)業(yè)鏈下游的應(yīng)用方面，如碳纖維復(fù)合材料。而現(xiàn)階段國內(nèi)碳纖維技術(shù)團(tuán)隊(duì)集中于高校，代表院校有哈爾濱工業(yè)大學(xué)、東華大學(xué)、北京化工大學(xué)，同時(shí)高校技術(shù)含量、研發(fā)團(tuán)隊(duì)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(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，C部：化學(xué)/冶金占27.16%；B部：作業(yè)/運(yùn)輸占21.14%；H部：電學(xué)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(jī)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(jié)構(gòu)體的碳纖維復(fù)合材料）、H01M（用于直接轉(zhuǎn)變化學(xué)能為電能的方法或裝置）、B32B（碳纖維復(fù)合材料）、B29C（碳纖維復(fù)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(chǎn)技術(shù)、生產(chǎn)設(shè)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(shù)關(guān)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(guān)聯(lián)關(guān)系的大類更多，因此可推斷這些大類是碳纖維領(lǐng)域的基礎(chǔ)技術(shù)或重點(diǎn)技術(shù)；如碳纖維原絲以及碳纖維的生產(chǎn)技術(shù)（C08L），其是生產(chǎn)高質(zhì)量碳纖維的基礎(chǔ)，碳纖維專利中IPC大類號(hào)C08L中，以C08L 63/00、C08L 23/06和C08L 23/12小組號(hào)最多，分別關(guān)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(jìn)一步降低生產(chǎn)成本，是碳纖維技術(shù)研究的一個(gè)焦點(diǎn)；制備具有碳纖維結(jié)構(gòu)體的碳纖維復(fù)合材料（C08K）和碳纖維復(fù)合材料成型工藝（B29C）即是碳纖維應(yīng)用的重點(diǎn)領(lǐng)域。

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

3 結(jié)論

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

3.1 強(qiáng)化研企合作促進(jìn)行業(yè)發(fā)展

盡管2013年10月建立了“碳纖維及其復(fù)合材料產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟”，出于保護(hù)商業(yè)秘密和技術(shù)秘密目的，各單位仍各自為戰(zhàn)，沒有達(dá)到成立聯(lián)盟“構(gòu)建高水平的行業(yè)合作、交流、協(xié)商平臺(tái)”的宗旨。

碳纖維及復(fù)合材料的技術(shù)研究、產(chǎn)品開發(fā)、成果孵化應(yīng)以企業(yè)創(chuàng)新為主體，形成產(chǎn)學(xué)研結(jié)合的技術(shù)創(chuàng)新體系。從專利合作情況來看，國內(nèi)碳纖維高校及企業(yè)已開展了產(chǎn)學(xué)研合作，合作專利量及合作者數(shù)量較多的有東華大學(xué)、北京化工大學(xué)和中國石油化工股份有限公司。在進(jìn)行國內(nèi)技術(shù)合作的同時(shí)，國內(nèi)企業(yè)需加強(qiáng)與國外碳纖維研發(fā)機(jī)構(gòu)的合作，擴(kuò)大產(chǎn)學(xué)研合作空間，完成專利技術(shù)通過企業(yè)轉(zhuǎn)化為實(shí)際的生產(chǎn)力，促進(jìn)碳纖維專利技術(shù)的工程化和產(chǎn)業(yè)化。

3.2 重視專利布局構(gòu)建預(yù)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(shù)，同時(shí)研究領(lǐng)域還涉及碳復(fù)材料回收及性能改進(jìn)、碳復(fù)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(jié)構(gòu)；干噴濕紡、氧化碳化等設(shè)備改進(jìn)。

我國碳纖維研究單位具有自己的研究方向，構(gòu)建其專利池，為防止外國企業(yè)設(shè)置專利壁壘，在加大碳纖維產(chǎn)業(yè)研發(fā)攻關(guān)力度的同時(shí)，也應(yīng)建立專利預(yù)警體系。

3.3 加強(qiáng)國際申請推動(dòng)行業(yè)進(jìn)步

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

目前，國內(nèi)碳纖維技術(shù)重點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化，滿足國內(nèi)需求。經(jīng)過近二三十年的快速發(fā)展，我國碳纖維技術(shù)取得一定的技術(shù)成果，但希望其重視PCT專利申請，保護(hù)其知識(shí)產(chǎn)權(quán)，利用專利制度既可以向市場提供專利產(chǎn)品，還可以向他人實(shí)施專利許可或轉(zhuǎn)讓，增加碳纖維技術(shù)的控制力。

20世紀(jì)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(shù)的發(fā)展仍然具有指導(dǎo)意義，國內(nèi)企業(yè)和研究機(jī)構(gòu)可對其進(jìn)行消化吸收，盡快掌握核心技術(shù)，實(shí)現(xiàn)自主創(chuàng)新，推動(dòng)國內(nèi)碳纖維的發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1] 鄒豪，李偉東，彭公秋，等.高模型碳纖維的發(fā)展現(xiàn)狀及其在航天領(lǐng)域的應(yīng)用[J].合成纖維，2017（06）：17-22.

[2] 賀福.碳纖維及其應(yīng)用技術(shù)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2004：2-7.

[3] 朱明來.航空航天領(lǐng)域碳纖維需求爆發(fā)[EB/OL].（2017-3-26）[2017-11-14]. http：//www.sohu.com/a/130413852_651535.

[4] 冀小強(qiáng)，易方方.碳纖維制造產(chǎn)業(yè)的專利分析[J].合成纖維工業(yè)，2012，35（3）：47-51.

[5] 楊欣宇.碳纖維產(chǎn)業(yè)中國專利分析[J].決策咨詢，2015（4）：44-47.

[6] 陳長益.我國碳纖維領(lǐng)域?qū)＠畔⒎治鲅芯縖J].江蘇科技信息，2013（24）：7-9，12.

[7] 趙金玲.聚丙烯腈基碳纖維的專利申請現(xiàn)狀分析[J].科技傳播，2015（11）：170-171.

[8] 李軍，唐恒，桂勇.國內(nèi)外碳纖維技術(shù)專利競爭情報(bào)分析[J].情報(bào)雜志，2011，30（9）：14-19.