化學(xué)纖維新材料的發(fā)展趨勢分析

盧韋風(fēng)

（長治學(xué)院，山西 長治 046011）

近年來，部分發(fā)達(dá)國家利用專利技術(shù)壁壘，通過單方面貿(mào)易制裁限制發(fā)展中國家，導(dǎo)致發(fā)展中國家在許多領(lǐng)域受到貿(mào)易摩擦的影響，其中包括化學(xué)纖維新材料領(lǐng)域。

1 纖維材料技術(shù)發(fā)展趨勢

發(fā)達(dá)國家制定了關(guān)于先進(jìn)纖維材料的國家戰(zhàn)略和研發(fā)方案，例如德國名為 “工業(yè)4.0” 的Future TEX項目已經(jīng)開始，該項目側(cè)重研究可再生纖維材料、面向顧客的纖維產(chǎn)品和新纖維材料，包括智能纖維；美國建立了纖維和紡織品工業(yè)創(chuàng)新機構(gòu)，重點開發(fā)新一代智能纖維紡紗技術(shù)；法國建立了新的UP-TEX纖維和工業(yè)紡織品創(chuàng)新基地，以促進(jìn)纖維工業(yè)的技術(shù)創(chuàng)新，重點運用智能纖維、高工業(yè)技術(shù)制成新布料、性能較低的纖維、高效納米醫(yī)學(xué)先進(jìn)材料和新纖維防護材料[1]。歐洲聯(lián)盟啟動了 “地平線2020” 方案，重點包括醫(yī)療設(shè)備和智能纖維產(chǎn)品、高技術(shù)非紡織材料、高性能復(fù)合纖維材料、先進(jìn)納米纖維材料、抗降解纖維材料等。我國通過與紡織企業(yè)合作，將重點放在整個鏈的纖維上，使高性能纖維工業(yè)能多領(lǐng)域發(fā)展。先進(jìn)纖維材料是我國10項優(yōu)先突破之一，是《紡織工業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2016—2020年）》的優(yōu)先方向，這也是中國2025年材料開發(fā)和制造戰(zhàn)略的重要趨勢。關(guān)于新纖維材料，中國預(yù)計在今后10年內(nèi)重點開發(fā)高性能、多功能、智能化、綠色低碳和高附加值纖維制造技術(shù)。

2 化學(xué)纖維專利分析

1960—2000年，我國化學(xué)纖維專利較少，但2000年后，隨著化學(xué)纖維制造業(yè)向中國轉(zhuǎn)移，我國專利申請數(shù)量呈現(xiàn)快速增長趨勢。

1985年以來，中國專利申請數(shù)量逐漸增加，特別是在2000年之后，我國專利申請數(shù)量增加明顯。盡管2008年發(fā)生了金融危機以及2013—2014年化學(xué)纖維行業(yè)發(fā)展停滯不前，我國工業(yè)仍通過結(jié)構(gòu)重組和優(yōu)化，實現(xiàn)了高質(zhì)量發(fā)展，專利申請情況總體良好。

2000年以來，中國的化學(xué)纖維專利申請量排名最高，且許多國內(nèi)大學(xué)都在申請專利，東華大學(xué)處于領(lǐng)先地位。此外，中國石油和化學(xué)品有限公司、江蘇化學(xué)纖維有限公司、杜邦公司和唐利公司都在積極地申請專利、保護知識產(chǎn)權(quán)。

深入分析我國2000年以來的化學(xué)纖維專利權(quán)發(fā)現(xiàn)，主要集中在功能纖維、高性能纖維、納米纖維、生物纖維和生物醫(yī)學(xué)纖維等，其中，功能性纖維是化學(xué)纖維專利申請的熱點。2000年以來，功能性纖維專利申請量逐年增加，說明功能性纖維發(fā)展迅速，化學(xué)纖維的功能越來越受重視。在化學(xué)纖維產(chǎn)品生產(chǎn)方面，滿足終端需求已成為重要趨勢。

2019年，中國專利申請量超過海外專利申請量（專利分析數(shù)據(jù)均源于國家知識產(chǎn)權(quán)局官網(wǎng)），超越了2018年的專利申請數(shù)量的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，我國一改化學(xué)纖維制造業(yè)落后局勢，呈現(xiàn)出明顯優(yōu)勢。目前，我國化學(xué)纖維專利數(shù)量，特別是在聚酯纖維和異性纖維等方面，在國際上名列前茅。

進(jìn)一步分析國內(nèi)外化學(xué)纖維專利權(quán)發(fā)現(xiàn)，專利申請以聚酯纖維、聚苯乙烯纖維和聚丙烯纖維等為主。我國光導(dǎo)纖維和碳纖維的專利申請數(shù)量與國外相比還有很大差距，主要原因是國外的技術(shù)比較成熟，而我國正處于快速增長階段。從表1可以發(fā)現(xiàn)，中國的專利申請占82.0%，表明中國越來越重視化學(xué)纖維的知識產(chǎn)權(quán)保護[2]。日本、德國和美國等國家在中國也申請了一定比例的專利權(quán)，表明發(fā)達(dá)國家也在密切關(guān)注中國化學(xué)纖維的發(fā)展。

表1 中國境內(nèi)專利申請競爭區(qū)域分布

3 聚酯纖維專利技術(shù)

2017年，中國的聚酯纖維產(chǎn)量為39.340 kt，占中國纖維總產(chǎn)量的85.0%以上，占世界纖維總產(chǎn)量的66.0%（分析數(shù)據(jù)均源于國家知識產(chǎn)權(quán)局官網(wǎng)）。然而，聚酯纖維在增強生產(chǎn)能力、提高產(chǎn)品附加值、降低勞動成本和促進(jìn)能源消費方面還存在一些問題。由于生產(chǎn)能力較弱，纖維在使用和處置后的降解周期較長，回收率較低，導(dǎo)致聚酯纖維的發(fā)展優(yōu)勢與現(xiàn)有的發(fā)展瓶頸之間產(chǎn)生沖突。2015年以來，我國聚酯纖維的發(fā)展重點一直是高性能聚酯纖維及其工業(yè)用途、聚酯纖維的回收和生物降解，部分已成為 “十三五” 國家優(yōu)先研究的開發(fā)項目。

3.1 高仿真與功能化聚酯纖維

高仿真聚酯纖維和異性纖維是聚酯纖維產(chǎn)品開發(fā)的主要方向。聚酯纖維的高仿真是對動物和自然植物纖維的仿真，結(jié)合了各種改造技術(shù)調(diào)整結(jié)構(gòu)和性能，使用聚酯纖維符合環(huán)保、衛(wèi)生、安全的理念，可滿足消費者的不同需求。

聚酯纖維的多種轉(zhuǎn)換技術(shù)包括分子設(shè)計中的聚合技術(shù)、共混技術(shù)、纖維形態(tài)技術(shù)等。聚合技術(shù)是利用協(xié)同作用將核心物質(zhì)與聚合物分子結(jié)合起來；共混技術(shù)是采用功能母粒，通過共混紡絲制得改性聚酯纖維；纖維形態(tài)技術(shù)是指改變纖維截面，如中空、異形等；后整理技術(shù)包括紡紗工藝與織造工藝等[3]。

分析聚酯纖維專利權(quán)發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過2000年以來的一段快速增長時期，功能性聚酯纖維的專利申請數(shù)量呈上升趨勢，反映了功能性聚酯纖維的發(fā)展已達(dá)到一定水平，市場需求日益增加。今后，要在提高產(chǎn)品質(zhì)量方面加大投資，實現(xiàn)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)化。

3.2 高性能與產(chǎn)業(yè)用聚酯纖維

高性能產(chǎn)業(yè)用聚酯纖維現(xiàn)廣泛應(yīng)用于運輸、環(huán)境保護和工程領(lǐng)域，在安全保護領(lǐng)域也發(fā)揮著重要作用，并得到了迅速發(fā)展。產(chǎn)業(yè)用聚酯纖維是許多工業(yè)用橡膠輪胎的好材料，產(chǎn)品堅牢耐用，如工業(yè)用織物、包裝、裝甲織物、結(jié)構(gòu)薄膜、安全氣囊、傳送帶等。2000—2009年，產(chǎn)業(yè)用聚酯纖維相關(guān)的專利申請數(shù)量持續(xù)增加，2010年以來迅速增加，表明工業(yè)領(lǐng)域?qū)Ω咝阅芫埘ダw維的需求保持穩(wěn)定。

3.3 生物降解與循環(huán)再生聚酯纖維

研究數(shù)據(jù)表明，每年全球環(huán)境污染和生態(tài)破壞造成的損失高達(dá)1億美元，嚴(yán)重影響社會可持續(xù)發(fā)展。廢舊纖維產(chǎn)品通常被傾倒在填埋場或直接焚燒，不僅會造成嚴(yán)重的環(huán)境污染，還會造成大量的資源浪費。全國廢舊纖維產(chǎn)品總量為1.4×105kt，但目前回收率不到10.0%，預(yù)計到 “十三五” 結(jié)束，廢舊化學(xué)纖維產(chǎn)品的總量約為2.0×105kt?；厥栈瘜W(xué)纖維不僅能緩解資源短缺現(xiàn)狀，還能減少廢舊纖維產(chǎn)品中的聚酯纖維造成的環(huán)境污染。與簡單且應(yīng)用廣泛的傳統(tǒng)處理方法相比，再循環(huán)和生物降解技術(shù)更加有效[4]。

一方面，隨著聚酯纖維的快速發(fā)展，廢舊聚酯纖維和產(chǎn)品的社會存量大幅增加，環(huán)境保護面臨巨大壓力。另一方面，隨著環(huán)保理念深入人心，生物降解和聚酯纖維的循環(huán)引起社會關(guān)注。

功能性聚酯纖維、工業(yè)聚酯纖維的生物降解和循環(huán)利用是纖維材料功能開發(fā)和資源補充領(lǐng)域的重要研究方向。此外，綠色環(huán)保型聚酯纖維的研發(fā)是重要趨勢，生產(chǎn)過程更加強調(diào)整個生命周期的綠化以及高效性、靈活性、數(shù)字化和智慧化。

4 結(jié)語

隨著我國化學(xué)纖維工業(yè)的發(fā)展，化學(xué)纖維材料相關(guān)知識產(chǎn)權(quán)廣受關(guān)注。目前，化學(xué)纖維，尤其是聚酯纖維和聚酰胺纖維的專利申請?zhí)幱陬I(lǐng)先地位，高等院校等科研機構(gòu)對化學(xué)纖維的基礎(chǔ)研究和應(yīng)用展現(xiàn)出明顯優(yōu)勢。我國應(yīng)建立健全知識產(chǎn)權(quán)制度，為異性纖維、高性能纖維、納米纖維、生物醫(yī)學(xué)纖維和智能纖維的發(fā)展提供制度保障。通過分析聚酯纖維專利現(xiàn)狀發(fā)現(xiàn)，我國化學(xué)纖維新材料的開發(fā)應(yīng)側(cè)重于高仿真、生物降解、循環(huán)利用、綠色和智能制造等方面的技術(shù)創(chuàng)新。