我国碳纤维技术专利状况浅析
By www.carbonfiber.com.cn
碳纤维是一种既具有炭素材料的结构特征，同时又有纤维形态特征的纤维新材料。它具有优异的力学性能和耐热性，还有低密度、良好的化学稳定性、较好的电热传导性、低热膨胀性、耐摩擦性、耐磨损性、X射线透射性、电磁波屏蔽性等优良特性。其主要用途是作为复合材料的增强体，广泛用于航空航天、体育用品等领域，尤其在航空航天领域，碳纤维有着举足轻重的影响，需求量不断增大。2004年，我国碳纤维用量为4000吨，2005年用量约5000吨，年增长率在20%以上，到2009年达到7500吨，而国内现有生产设计能力为90吨/年，且由于原丝质量、生产技术及设备等原因，实际年产量仅为40多吨，无论是质量还是规模，与国外相比差距都较大。因此，从专利角度考察碳纤维技术发展状况对于我国碳纤维领域的研究具有重要意义。笔者通过检索发现，在归属国际专利分类号（IPC)D01F小类（制作人造长丝、线、纤维、鬃或袋子的化学特征；专门用于生产碳纤维的设备）已公开的中国专利申请中，以碳纤维为主题或与之密切相关的专利文献有389篇。
本文旨在通过对碳纤维专利文献的检索和分析，特别是通过对比中外申请人专利申请活动特点，对我国的碳纤维专利状况进行简单解析，以期为致力于碳纤维技术研究的国内企业、科研人员等提供一些有价值的信息。
本文涉及的检索对象截至2010年7月16日。由于发明专利申请在18个月后公开，检索到的这些专利申请绝大多数为2009年1月前提出。在此之后提出的申请，除申请人主动提出提前公开的发明专利申请和本身授权公告较快的实用新型专利申请外，都不包括在本文的统计分析样本库内。
现状分析
1.专利申请数量分析
我国2009年以前公开的碳纤维生产领域的专利申请数量如图1所示。
图1 2009年以前我国碳纤维专利申请情况
从图1中可以看出，在我国公开的碳纤维技术专利申请自2000年后基本呈稳定增长态势，并且在2002年、2008年出现较大幅度的增长。需要注意的是，2009年提出的专利申请由于多数还未公开，没有体现在图1的数据中，但从2009年已经有如此多数量的专利申请来看，该年的实际申请量应当不会低于2008年。
2.专利申请技术分析
碳纤维按其原丝类型分主要分为聚丙烯腈基（PAN)碳纤维、沥青基碳纤维、纤维素基碳纤维、酚醛基碳纤维，而纤维素基碳纤维又主要包括粘胶基和木质素基。目前市场上应用较普遍的碳纤维主要是聚丙烯腈碳纤维和沥青碳纤维，用量最大的是聚丙烯腈PAN基碳纤维。从389件碳纤维专利申请的分布看，涉及原丝类型的共131件，以涉及聚丙烯腈基碳纤维生产技术最多，为83件，其次为沥青基，这也与现有技术发展相符合（见图2）。
图2 不同原丝类型碳纤维的专利申请数量对比图
就生产能力而言，聚丙烯腈基碳纤维全球产能达21910吨/年以上，高于沥青基和纤维素基纤维，近年来更生产出高强度高模量的PAN基碳纤维，由于PAN基碳纤维在强度上要优于沥青基、粘胶基碳纤维，其在全世界的碳纤维生产中占有90%的比例，具有绝对优势。就发展速度而言，沥青基碳纤维的发展速度远远低于PAN基碳纤维，1998年其产能仅为2350吨/年，约占世界碳纤维总产量的7%。沥青基碳纤维原料丰富、炭化率高，沥青价格又远低于PAN，按理说成本应当低于PAN基碳纤维，但由于制备高性能沥青基碳纤维必须使沥青原料转化为中间相沥青，过程繁复，且不易生产出超高强度的产品，同时抗压强度也较低，应用受到限制，发展速度也较缓慢，因此价格反而高于PAN基碳纤维。但如果改进了中间相沥青的生产工艺，使其性能、质量不断提高，成本下降，沥青基碳纤维必然会有良好发展前景。
3.专利申请人分析
就技术而言，国外碳纤维的生产技术要远远领先于国内，然而令人惊讶的是，如图3所示，在389件碳纤维专利申请中，竟然有高达300件为国内申请人提出，占申请量的77%，仅89件为外国申请人提出，而在这89件中又以日本和美国占据大多数。笔者认为，这一现象的出现与国外企业对于技术的严格保密有很大关系。我国专利法要求专利申请充分公开，以所属技术领域的技术人员能够实现为准，外国企业可能担心过多的国内申请会导致关键技术的外泄，因此，对于在华申请有所保留，这也提醒了国内研究者需更多关注国外该领域相关报道，同时加强自主研发。
图3 碳纤维国内外专利申请分布情况
从申请人类型看，该领域国内申请人位居前三位的是研究机构和高等院校，其中以中国科学院数量最多（见表1）。
从此也可以看出，我国碳纤维发展更多的还是停留在研究阶段，企业并没有能够很好地参与其中，这也与我国企业研发能力相对较弱有关。
与之相反的是，国外申请人中位于前三位的均为日本企业，大型纤维、化工企业是碳纤维研究进展的主导力量。目前，在碳纤维领域，日本企业占有市场份额最大，关键技术主要掌握在东丽公司、东邦Tenax集团和三菱人造丝集团手中，其他碳纤维企业多处于成长阶段，生产工艺正在摸索中不断完善。从专利申请数量上看，以昭和电工株式会社最多（Showa Denko）（见表2）。
昭和电工株式会社是世界著名的综合性企业集团，产品涉及石油、化学、无机、铝金属、电子信息等多个领域。自1939年公司成立至今，在全球已拥有139家关联公司，1万多名雇员，仅2010年第一季度的销售额就达到1877亿日元。碳纤维生产只是其众多产业之一。
从国内外碳纤维专利申请技术领域看，中国科学院的相关申请最多的是涉及PAN基碳纤维，共12件；其次是气相生长法生产碳纤维，共9件；剩余申请则是关于表面处理碳纤维、碳纤维的生产设备等。与此相似的是，昭和电工、三菱丽阳和帝人株式会社的相关申请最多的是涉及气相生长法生产碳纤维，共12件；其次是PAN基碳纤维，共6件。从上述申请方向看，无论国内还是国外，气相生长法生产碳纤维都是目前碳纤维生产的主要发展方向，而原料则多以聚丙烯腈基为主。
建议
目前，在碳纤维技术领域，我国申请人在专利申请数量上虽然超过国外申请人，对自己的研究成果进行了一定的专利保护，但还应当继续努力，以构建稳固的专利技术体系，并不断针对各项改性提出新的专利申请。然而，从专利申请质量上看，该领域国内专利申请的技术含量要略低于国外同行，因此在坚持技术创新的同时，必须虚心向国外同行学习。
另外，国内申请人还应积极进行海外专利布局。我国是纺织品生产大国，目前我国申请人基本上都只在国内提交专利申请，但随着我国经济增长方式的转变和劳动力成本的提高，以及技术水平的提高，可以预见，会有相当一部分企业逐步走向国际市场。因此，在知识产权方面我们必须“未雨绸缪”，针对目标国家进行专利申请，在国际范围内提高自己的专利运用能力，制定合适的专利保护策略，在国际市场中获取更大的生存和发展空间。
来源：中国知识产权报
碳纤维是一种既具有炭素材料的结构特征，同时又有纤维形态特征的纤维新材料。它具有优异的力学性能和耐热性，还有低密度、良好的化学稳定性、较好的电热传导性、低热膨胀性、耐摩擦性、耐磨损性、X射线透射性、电磁波屏蔽性等优良特性。其主要用途是作为复合材料的增强体，广泛用于航空航天、体育用品等领域，尤其在航空航天领域，碳纤维有着举足轻重的影响，需求量不断增大。2004年，我国碳纤维用量为4000吨，2005年用量约5000吨，年增长率在20%以上，到2009年达到7500吨，而国内现有生产设计能力为90吨/年，且由于原丝质量、生产技术及设备等原因，实际年产量仅为40多吨，无论是质量还是规模，与国外相比差距都较大。因此，从专利角度考察碳纤维技术发展状况对于我国碳纤维领域的研究具有重要意义。笔者通过检索发现，在归属国际专利分类号（IPC)D01F小类（制作人造长丝、线、纤维、鬃或袋子的化学特征；专门用于生产碳纤维的设备）已公开的中国专利申请中，以碳纤维为主题或与之密切相关的专利文献有389篇。
本文旨在通过对碳纤维专利文献的检索和分析，特别是通过对比中外申请人专利申请活动特点，对我国的碳纤维专利状况进行简单解析，以期为致力于碳纤维技术研究的国内企业、科研人员等提供一些有价值的信息。
本文涉及的检索对象截至2010年7月16日。由于发明专利申请在18个月后公开，检索到的这些专利申请绝大多数为2009年1月前提出。在此之后提出的申请，除申请人主动提出提前公开的发明专利申请和本身授权公告较快的实用新型专利申请外，都不包括在本文的统计分析样本库内。
现状分析
1.专利申请数量分析
我国2009年以前公开的碳纤维生产领域的专利申请数量如图1所示。
图1 2009年以前我国碳纤维专利申请情况
从图1中可以看出，在我国公开的碳纤维技术专利申请自2000年后基本呈稳定增长态势，并且在2002年、2008年出现较大幅度的增长。需要注意的是，2009年提出的专利申请由于多数还未公开，没有体现在图1的数据中，但从2009年已经有如此多数量的专利申请来看，该年的实际申请量应当不会低于2008年。
2.专利申请技术分析
碳纤维按其原丝类型分主要分为聚丙烯腈基（PAN)碳纤维、沥青基碳纤维、纤维素基碳纤维、酚醛基碳纤维，而纤维素基碳纤维又主要包括粘胶基和木质素基。目前市场上应用较普遍的碳纤维主要是聚丙烯腈碳纤维和沥青碳纤维，用量最大的是聚丙烯腈PAN基碳纤维。从389件碳纤维专利申请的分布看，涉及原丝类型的共131件，以涉及聚丙烯腈基碳纤维生产技术最多，为83件，其次为沥青基，这也与现有技术发展相符合（见图2）。
图2 不同原丝类型碳纤维的专利申请数量对比图
就生产能力而言，聚丙烯腈基碳纤维全球产能达21910吨/年以上，高于沥青基和纤维素基纤维，近年来更生产出高强度高模量的PAN基碳纤维，由于PAN基碳纤维在强度上要优于沥青基、粘胶基碳纤维，其在全世界的碳纤维生产中占有90%的比例，具有绝对优势。就发展速度而言，沥青基碳纤维的发展速度远远低于PAN基碳纤维，1998年其产能仅为2350吨/年，约占世界碳纤维总产量的7%。沥青基碳纤维原料丰富、炭化率高，沥青价格又远低于PAN，按理说成本应当低于PAN基碳纤维，但由于制备高性能沥青基碳纤维必须使沥青原料转化为中间相沥青，过程繁复，且不易生产出超高强度的产品，同时抗压强度也较低，应用受到限制，发展速度也较缓慢，因此价格反而高于PAN基碳纤维。但如果改进了中间相沥青的生产工艺，使其性能、质量不断提高，成本下降，沥青基碳纤维必然会有良好发展前景。
3.专利申请人分析
就技术而言，国外碳纤维的生产技术要远远领先于国内，然而令人惊讶的是，如图3所示，在389件碳纤维专利申请中，竟然有高达300件为国内申请人提出，占申请量的77%，仅89件为外国申请人提出，而在这89件中又以日本和美国占据大多数。笔者认为，这一现象的出现与国外企业对于技术的严格保密有很大关系。我国专利法要求专利申请充分公开，以所属技术领域的技术人员能够实现为准，外国企业可能担心过多的国内申请会导致关键技术的外泄，因此，对于在华申请有所保留，这也提醒了国内研究者需更多关注国外该领域相关报道，同时加强自主研发。
图3 碳纤维国内外专利申请分布情况
从申请人类型看，该领域国内申请人位居前三位的是研究机构和高等院校，其中以中国科学院数量最多（见表1）。
从此也可以看出，我国碳纤维发展更多的还是停留在研究阶段，企业并没有能够很好地参与其中，这也与我国企业研发能力相对较弱有关。
与之相反的是，国外申请人中位于前三位的均为日本企业，大型纤维、化工企业是碳纤维研究进展的主导力量。目前，在碳纤维领域，日本企业占有市场份额最大，关键技术主要掌握在东丽公司、东邦Tenax集团和三菱人造丝集团手中，其他碳纤维企业多处于成长阶段，生产工艺正在摸索中不断完善。从专利申请数量上看，以昭和电工株式会社最多（Showa Denko）（见表2）。
昭和电工株式会社是世界著名的综合性企业集团，产品涉及石油、化学、无机、铝金属、电子信息等多个领域。自1939年公司成立至今，在全球已拥有139家关联公司，1万多名雇员，仅2010年第一季度的销售额就达到1877亿日元。碳纤维生产只是其众多产业之一。
从国内外碳纤维专利申请技术领域看，中国科学院的相关申请最多的是涉及PAN基碳纤维，共12件；其次是气相生长法生产碳纤维，共9件；剩余申请则是关于表面处理碳纤维、碳纤维的生产设备等。与此相似的是，昭和电工、三菱丽阳和帝人株式会社的相关申请最多的是涉及气相生长法生产碳纤维，共12件；其次是PAN基碳纤维，共6件。从上述申请方向看，无论国内还是国外，气相生长法生产碳纤维都是目前碳纤维生产的主要发展方向，而原料则多以聚丙烯腈基为主。
建议
目前，在碳纤维技术领域，我国申请人在专利申请数量上虽然超过国外申请人，对自己的研究成果进行了一定的专利保护，但还应当继续努力，以构建稳固的专利技术体系，并不断针对各项改性提出新的专利申请。然而，从专利申请质量上看，该领域国内专利申请的技术含量要略低于国外同行，因此在坚持技术创新的同时，必须虚心向国外同行学习。
另外，国内申请人还应积极进行海外专利布局。我国是纺织品生产大国，目前我国申请人基本上都只在国内提交专利申请，但随着我国经济增长方式的转变和劳动力成本的提高，以及技术水平的提高，可以预见，会有相当一部分企业逐步走向国际市场。因此，在知识产权方面我们必须“未雨绸缪”，针对目标国家进行专利申请，在国际范围内提高自己的专利运用能力，制定合适的专利保护策略，在国际市场中获取更大的生存和发展空间。
来源：中国知识产权报
