碳纤维行业专利现状分析及建议

2018-09-10马祥林杨正宇

河南科技 2018年6期

关键词：专利申请碳纤维复合材料

马祥林杨正宇

摘要：利用数据库对碳纤维专利现状进行了分析，特别是专利权人的分布和应用领域等方面，为提高碳纤维技术发展、促进工程化产业化进程和我国碳纤维行业发展提出了专利布局的建议。

关键词：碳纤维；专利分析；

中图分类号：G306 文献标识码：A 文章编号：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

碳纤维是一种质轻高强的新材料，主要应用于航空、航天及民用领域。按原料来源分为沥青基、黏胶基和聚丙烯腈碳纤维（PAN碳纤维），其中PAN碳纤维占世界总产量90%以上，主要工艺流程为聚合、纺丝、氧化、碳化、表面处理[1-2]。

全球碳纤维快速发展，到2026年全球碳纤维市场需求将达到80亿美元，年复合增率将达到10.8%[3]。近年来，PAN碳纤维成为我国新材料行业研发热点、国家扶持的重点；T300、T700级产品已完成工业化，T800、M50级已进入工程化实施阶段。而从碳纤维专利情况凸显了碳纤维知识产权的布局，也反映了碳纤维市场及研发方向[4-8]。

通过检索统计，分析了碳纤维及相关领域专利的活动情况、分布和发展，为碳纤维从业人员了解技术状况、行业布局及产业发展提供建议。

1 数据来源及研究方法

以某数据库为信息来源，以“碳纤维”或“炭纤维”为检索字段，数据截至2017年11月10日，共检索到文献289 637件，其中专利109 296件，期刊106 910篇，硕博论文46 501篇，会议论文46 501篇，报纸报道12 378篇，外文9 897篇，标准315件，成果15 165件（见图1）。

2 专利分析

检索1998—2017年碳纤维专利文献共109 296件，其中发明公开专利62 417件（授权20 910件），实用新型专利21 008件，发明和实用新型专利占总量76.33%（数据年份为申请年，同族专利以多件计）。

如图2，在2003年以前，我国在碳纤维领域的专利每年申请量相对较低，从2003年开始年申请量呈持续快速增长态势，2010年至2016年急剧增长，到2016年已达18 314件。2003年以前年申请量低于1 000件，2003年后相关专利申请量增加到了千件以上，年平均增长率达25.9%。分析表明，2010—2016年碳纤维需求的逐步增加引起了科研院所及企业的重视，促进了技术研发及专利申请，我国碳纤维技术正处于发展阶段。

2.1 申请人分布

从碳纤维中国专利前10名申请人分析，中国高校、个人、企业和科研机构均申请了大量碳纤维技术专利。申请量前10名申请人高校5所，企业4家，个人1名（见表1）。

由表1可见，我国碳纤维专利申请人数量龐大；哈尔滨工业大学、东华大学、清华大学、北京化工大学、上海交通大学等高校及中国石油化工股份有限公司的专利领域较宽，主要涉及碳纤维产业链中的原丝及碳复材料的制备；东丽株式会社、莱雅公司和杜邦公司的专利申请除了涉及上游，也涉及碳纤维产业链下游的应用方面，如碳纤维复合材料。而现阶段国内碳纤维技术团队集中于高校，代表院校有哈尔滨工业大学、东华大学、北京化工大学，同时高校技术含量、研发团队等方面优势显著；碳纤维缺乏龙头企业。

2.2 主题分析

根据《国际专利分类表》（IPC分类）对专利进行统计分析，C部：化学/冶金占27.16%；B部：作业/运输占21.14%；H部：电学占12.99%；A部：人类生活必需占12.41%；D部：纺织/造纸占9.50%；F部：机械工程/照明/加热/武器/爆破占7.98%；E部：固定建筑物占4.80%；G部：物理占4.04%（见表2）。

从IPC分类中得到排名前10位的IPC大类分别是C08L（碳纤维原丝的加工原料）、C08K（制备具有碳纤维结构体的碳纤维复合材料）、H01M（用于直接转变化学能为电能的方法或装置）、B32B（碳纤维复合材料）、B29C（碳纤维复合材料成型工艺）、C04B（建筑材料）、D01F（碳纤维原丝以及碳纤维的生产技术、生产设备）、A61K（医用、牙科用或梳妆用的配制品）、C08J（工艺过程）、B01D（分离）。其中C08L和C08K占比最大，分别为10.74%和9.52%。

通过对IPC大类的共词分析，得出IPC大类的技术关联图（见图3）。由图3，占比最大的是C08L、C08K、H01M、B32B和B29C，说明与这些大类有关联关系的大类更多，因此可推断这些大类是碳纤维领域的基础技术或重点技术；如碳纤维原丝以及碳纤维的生产技术（C08L），其是生产高质量碳纤维的基础，碳纤维专利中IPC大类号C08L中，以C08L 63/00、C08L 23/06和C08L 23/12小组号最多，分别关于環氧树脂及衍生物的组合物、聚乙烯、聚丙烯碳纤维原丝的制备，说明开发新的碳纤维原料，进一步降低生产成本，是碳纤维技术研究的一个焦点；制备具有碳纤维结构体的碳纤维复合材料（C08K）和碳纤维复合材料成型工艺（B29C）即是碳纤维应用的重点领域。

上述数据显示，碳纤维原丝制备、碳纤维相关设备及其复合材料等研发工作成为行业发展的基础研究，其中，IPC分类C08L中，以聚乙烯、聚丙烯作为碳纤维生产原料制备原丝，开发新的碳纤维生产原料，进一步降低生产成本是碳纤维技术研究的重点。

3 结论

PAN基碳纤维作为高性能战略性新材料，国内碳纤维产品质量和技术装备的技术与国外还存在差距。经上述分析，提出几点建议。

3.1 强化研企合作促进行业发展

尽管2013年10月建立了“碳纤维及其复合材料产业技术创新战略联盟”，出于保护商业秘密和技术秘密目的，各单位仍各自为战，没有达到成立联盟“构建高水平的行业合作、交流、协商平台”的宗旨。

碳纤维及复合材料的技术研究、产品开发、成果孵化应以企业创新为主体，形成产学研结合的技术创新体系。从专利合作情况来看，国内碳纤维高校及企业已开展了产学研合作，合作专利量及合作者数量较多的有东华大学、北京化工大学和中国石油化工股份有限公司。在进行国内技术合作的同时，国内企业需加强与国外碳纤维研发机构的合作，扩大产学研合作空间，完成专利技术通过企业转化为实际的生产力，促进碳纤维专利技术的工程化和产业化。

3.2 重视专利布局构建预警体系

外国碳纤维专利形成了完整的体系，囊括了各工序技术，同时研究领域还涉及碳复材料回收及性能改进、碳复合材料及树脂。而我国碳纤维专利主要集中在：研发出新的共聚体，提高聚合体分子量；共聚单体的低温溶液聚合体系；原丝耐热油剂；氧化速率及皮芯结构；干喷湿纺、氧化碳化等设备改进。

我国碳纤维研究单位具有自己的研究方向，构建其专利池，为防止外国企业设置专利壁垒，在加大碳纤维产业研发攻关力度的同时，也应建立专利预警体系。

3.3 加强国际申请推动行业进步

作为碳纤维龙头的日本，注重相关专利布局，常采用专利先行战略。而中国在碳纤维领域的国际专利屈指可数，可能由于行业内技术保密、PCT专利意识薄弱等原因。

目前，国内碳纤维技术重点是实现国产化，满足国内需求。经过近二三十年的快速发展，我国碳纤维技术取得一定的技术成果，但希望其重视PCT专利申请，保护其知识产权，利用专利制度既可以向市场提供专利产品，还可以向他人实施专利许可或转让，增加碳纤维技术的控制力。

20世纪80年代是国外碳纤维专利申请的高峰，现超期专利对我国碳纤维技术的发展仍然具有指导意义，国内企业和研究机构可对其进行消化吸收，尽快掌握核心技术，实现自主创新，推动国内碳纤维的发展。

参考文献：

[1] 邹豪，李伟东，彭公秋，等.高模型碳纤维的发展现状及其在航天领域的应用[J].合成纤维，2017（06）：17-22.

[2] 贺福.碳纤维及其应用技术[M].北京：化学工业出版社，2004：2-7.

[3] 朱明来.航空航天领域碳纤维需求爆发[EB/OL].（2017-3-26）[2017-11-14]. http：//www.sohu.com/a/130413852_651535.

[4] 冀小强，易方方.碳纤维制造产业的专利分析[J].合成纤维工业，2012，35（3）：47-51.