我國碳纖維技術專利狀況淺析

碳纖維是一種既具有炭素材料的結構特征，同時又有纖維形態(tài)特征的纖維新材料。它具有優(yōu)異的力學性能和耐熱性，還有低密度、良好的化學穩(wěn)定性、較好的電熱傳導性、低熱膨脹性、耐摩擦性、耐磨損性、X射線透射性、電磁波屏蔽性等優(yōu)良特性。其主要用途是作為復合材料的增強體，廣泛用于航空航天、體育用品等領域，尤其在航空航天領域，碳纖維有著舉足輕重的影響，需求量不斷增大。2004年，我國碳纖維用量為4000噸，2005年用量約5000噸，年增長率在20%以上，到2009年達到7500噸，而國內(nèi)現(xiàn)有生產(chǎn)設計能力為90噸/年，且由于原絲質(zhì)量、生產(chǎn)技術及設備等原因，實際年產(chǎn)量僅為40多噸，無論是質(zhì)量還是規(guī)模，與國外相比差距都較大。因此，從專利角度考察碳纖維技術發(fā)展狀況對于我國碳纖維領域的研究具有重要意義。筆者通過檢索發(fā)現(xiàn)，在歸屬國際專利分類號（IPC)D01F小類（制作人造長絲、線、纖維、鬃或袋子的化學特征；專門用于生產(chǎn)碳纖維的設備）已公開的中國專利申請中，以碳纖維為主題或與之密切相關的專利文獻有389篇。 copyright 123456

本文旨在通過對碳纖維專利文獻的檢索和分析，特別是通過對比中外申請人專利申請活動特點，對我國的碳纖維專利狀況進行簡單解析，以期為致力于碳纖維技術研究的國內(nèi)企業(yè)、科研人員等提供一些有價值的信息。

本文涉及的檢索對象截至2010年7月16日。由于發(fā)明專利申請在18個月后公開，檢索到的這些專利申請絕大多數(shù)為2009年1月前提出。在此之后提出的申請，除申請人主動提出提前公開的發(fā)明專利申請和本身授權公告較快的實用新型專利申請外，都不包括在本文的統(tǒng)計分析樣本庫內(nèi)。

現(xiàn)狀分析

1.專利申請數(shù)量分析
我國2009年以前公開的碳纖維生產(chǎn)領域的專利申請數(shù)量如圖1所示。


圖1 2009年以前我國碳纖維專利申請情況

從圖1中可以看出，在我國公開的碳纖維技術專利申請自2000年后基本呈穩(wěn)定增長態(tài)勢，并且在2002年、2008年出現(xiàn)較大幅度的增長。需要注意的是，2009年提出的專利申請由于多數(shù)還未公開，沒有體現(xiàn)在圖1的數(shù)據(jù)中，但從2009年已經(jīng)有如此多數(shù)量的專利申請來看，該年的實際申請量應當不會低于2008年。

2.專利申請技術分析
碳纖維按其原絲類型分主要分為聚丙烯腈基（PAN)碳纖維、瀝青基碳纖維、纖維素基碳纖維、酚醛基碳纖維，而纖維素基碳纖維又主要包括粘膠基和木質(zhì)素基。目前市場上應用較普遍的碳纖維主要是聚丙烯腈碳纖維和瀝青碳纖維，用量最大的是聚丙烯腈PAN基碳纖維。從389件碳纖維專利申請的分布看，涉及原絲類型的共131件，以涉及聚丙烯腈基碳纖維生產(chǎn)技術最多，為83件，其次為瀝青基，這也與現(xiàn)有技術發(fā)展相符合（見圖2）。

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圖2 不同原絲類型碳纖維的專利申請數(shù)量對比圖

就生產(chǎn)能力而言，聚丙烯腈基碳纖維全球產(chǎn)能達21910噸/年以上，高于瀝青基和纖維素基纖維，近年來更生產(chǎn)出高強度高模量的PAN基碳纖維，由于PAN基碳纖維在強度上要優(yōu)于瀝青基、粘膠基碳纖維，其在全世界的碳纖維生產(chǎn)中占有90%的比例，具有絕對優(yōu)勢。就發(fā)展速度而言，瀝青基碳纖維的發(fā)展速度遠遠低于PAN基碳纖維，1998年其產(chǎn)能僅為2350噸/年，約占世界碳纖維總產(chǎn)量的7%。瀝青基碳纖維原料豐富、炭化率高，瀝青價格又遠低于PAN，按理說成本應當?shù)陀赑AN基碳纖維，但由于制備高性能瀝青基碳纖維必須使瀝青原料轉化為中間相瀝青，過程繁復，且不易生產(chǎn)出超高強度的產(chǎn)品，同時抗壓強度也較低，應用受到限制，發(fā)展速度也較緩慢，因此價格反而高于PAN基碳纖維。但如果改進了中間相瀝青的生產(chǎn)工藝，使其性能、質(zhì)量不斷提高，成本下降，瀝青基碳纖維必然會有良好發(fā)展前景。 123,123

3.專利申請人分析
就技術而言，國外碳纖維的生產(chǎn)技術要遠遠領先于國內(nèi)，然而令人驚訝的是，如圖3所示，在389件碳纖維專利申請中，竟然有高達300件為國內(nèi)申請人提出，占申請量的77%，僅89件為外國申請人提出，而在這89件中又以日本和美國占據(jù)大多數(shù)。筆者認為，這一現(xiàn)象的出現(xiàn)與國外企業(yè)對于技術的嚴格保密有很大關系。我國專利法要求專利申請充分公開，以所屬技術領域的技術人員能夠實現(xiàn)為準，外國企業(yè)可能擔心過多的國內(nèi)申請會導致關鍵技術的外泄，因此，對于在華申請有所保留，這也提醒了國內(nèi)研究者需更多關注國外該領域相關報道，同時加強自主研發(fā)。


圖3 碳纖維國內(nèi)外專利申請分布情況

從申請人類型看，該領域國內(nèi)申請人位居前三位的是研究機構和高等院校，其中以中國科學院數(shù)量最多（見表1）。



從此也可以看出，我國碳纖維發(fā)展更多的還是停留在研究階段，企業(yè)并沒有能夠很好地參與其中，這也與我國企業(yè)研發(fā)能力相對較弱有關。
與之相反的是，國外申請人中位于前三位的均為日本企業(yè)，大型纖維、化工企業(yè)是碳纖維研究進展的主導力量。目前，在碳纖維領域，日本企業(yè)占有市場份額最大，關鍵技術主要掌握在東麗公司、東邦Tenax集團和三菱人造絲集團手中，其他碳纖維企業(yè)多處于成長階段，生產(chǎn)工藝正在摸索中不斷完善。從專利申請數(shù)量上看，以昭和電工株式會社最多（Showa Denko）（見表2）。



昭和電工株式會社是世界著名的綜合性企業(yè)集團，產(chǎn)品涉及石油、化學、無機、鋁金屬、電子信息等多個領域。自1939年公司成立至今，在全球已擁有139家關聯(lián)公司，1萬多名雇員，僅2010年第一季度的銷售額就達到1877億日元。碳纖維生產(chǎn)只是其眾多產(chǎn)業(yè)之一。

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從國內(nèi)外碳纖維專利申請技術領域看，中國科學院的相關申請最多的是涉及PAN基碳纖維，共12件；其次是氣相生長法生產(chǎn)碳纖維，共9件；剩余申請則是關于表面處理碳纖維、碳纖維的生產(chǎn)設備等。與此相似的是，昭和電工、三菱麗陽和帝人株式會社的相關申請最多的是涉及氣相生長法生產(chǎn)碳纖維，共12件；其次是PAN基碳纖維，共6件。從上述申請方向看，無論國內(nèi)還是國外，氣相生長法生產(chǎn)碳纖維都是目前碳纖維生產(chǎn)的主要發(fā)展方向，而原料則多以聚丙烯腈基為主。

建議

目前，在碳纖維技術領域，我國申請人在專利申請數(shù)量上雖然超過國外申請人，對自己的研究成果進行了一定的專利保護，但還應當繼續(xù)努力，以構建穩(wěn)固的專利技術體系，并不斷針對各項改性提出新的專利申請。然而，從專利申請質(zhì)量上看，該領域國內(nèi)專利申請的技術含量要略低于國外同行，因此在堅持技術創(chuàng)新的同時，必須虛心向國外同行學習。

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另外，國內(nèi)申請人還應積極進行海外專利布局。我國是紡織品生產(chǎn)大國，目前我國申請人基本上都只在國內(nèi)提交專利申請，但隨著我國經(jīng)濟增長方式的轉變和勞動力成本的提高，以及技術水平的提高，可以預見，會有相當一部分企業(yè)逐步走向國際市場。因此，在知識產(chǎn)權方面我們必須“未雨綢繆”，針對目標國家進行專利申請，在國際范圍內(nèi)提高自己的專利運用能力，制定合適的專利保護策略，在國際市場中獲取更大的生存和發(fā)展空間。


來源：中國知識產(chǎn)權報