生意社6月21日訊　最近，一則新聞引起了業(yè)內的廣泛談?wù)摚阂唤K商人前不久在美國購買(mǎi)碳纖維，居然被美方懷疑是間諜而被扣留。碳纖維產(chǎn)品的特殊性由此可見(jiàn)一斑。因為優(yōu)越的性能，碳纖維已經(jīng)被廣泛應用于航天、國防、民用等領(lǐng)域。而一些高性能碳纖維產(chǎn)品和生產(chǎn)技術(shù)，則成為歐美國家概不外傳的“獨門(mén)秘籍”。

碳纖維制成的自行車(chē)。(本報記者張育攝)

在知識產(chǎn)權日益受到重視的今天，作為高新技術(shù)產(chǎn)品，碳纖維的生產(chǎn)企業(yè)和科研機構紛紛通過(guò)申請專(zhuān)利對技術(shù)成果進(jìn)行知識產(chǎn)權保護。通過(guò)對相關(guān)的專(zhuān)利情況進(jìn)行分析，可以比較客觀(guān)地反映行業(yè)的發(fā)展現狀和趨勢。今年3月，工信部起草發(fā)布的《關(guān)于加快推進(jìn)碳纖維行業(yè)持續健康發(fā)展的指導意見(jiàn)(征求意見(jiàn)稿)》(以下簡(jiǎn)稱(chēng)《指導意見(jiàn)》)就提出，需落實(shí)知識產(chǎn)權戰略，大幅提升碳纖維生產(chǎn)工藝和復合材料專(zhuān)利的數量和質(zhì)量，緊密追蹤碳纖維市場(chǎng)競爭和專(zhuān)利技術(shù)動(dòng)向。那么眼下，是誰(shuí)在主宰全球碳纖維市場(chǎng)？主流企業(yè)重點(diǎn)研究的碳纖維產(chǎn)品是什么？我國碳纖維企業(yè)又該如何追上世界一流企業(yè)的腳步？由國家知識產(chǎn)權局專(zhuān)利局化學(xué)發(fā)明審查部編寫(xiě)的《高性能纖維產(chǎn)業(yè)專(zhuān)利分析報告》(以下簡(jiǎn)稱(chēng)《報告》)，或許能對此作出解答。

　追趕一流看日本

碳纖維的商業(yè)化生產(chǎn)始于20世紀70年代的日本。“在碳纖維、芳香族聚酰胺纖維、芳香族聚酯纖維、超高分子量聚乙烯纖維和芳雜環(huán)類(lèi)聚合物纖維這5種高性能纖維的69974件全球專(zhuān)利申請中，碳纖維占到71%。”《報告》課題組負責人、國家知識產(chǎn)權局專(zhuān)利局化學(xué)發(fā)明審查部副部長(cháng)張偉波介紹說(shuō)，在全球碳纖維專(zhuān)利申請中，日本的申請量最大，占全球總申請量的42.9%；中國和美國次之，分別占16.2%和14.6%；排名第四的德國占7.4%。此外，碳纖維生產(chǎn)工藝領(lǐng)域專(zhuān)利申請量進(jìn)入全球排名前10位的都是日本申請人；而碳纖維復合材料領(lǐng)域申請量前10位中，有9位是日本申請人。

“這些數據很明顯地反映出，目前日本碳纖維企業(yè)具有世界一流的創(chuàng )新能力，在全球范圍內已形成行業(yè)壟斷。”張偉波如是說(shuō)。

如果說(shuō)全球的碳纖維發(fā)展都要看日本的話(huà)，日本本國的碳纖維發(fā)展則要看東麗公司。作為世界最大的碳纖維制造商，東麗的碳纖維年產(chǎn)能已達1.79萬(wàn)噸，且產(chǎn)品種類(lèi)齊全，覆蓋普通型、高強型、高強中模型、高強高模型。從1969年申請第一項關(guān)于碳纖維的專(zhuān)利至今，東麗在碳纖維方面共申請了1468項專(zhuān)利，其中得到授權的有79項。“東麗的碳纖維生產(chǎn)技術(shù)代表了當今碳纖維領(lǐng)域的最高水平。”張偉波表示。

東麗為何能在碳纖維領(lǐng)域取得如此巨大的成就？《報告》課題組的專(zhuān)家們對此進(jìn)行了分析：

一是規模龐大的研發(fā)隊伍。自1969年以來(lái)，東麗有近千名發(fā)明人參與了碳纖維研發(fā)，成為公司一項重要的資源投入。而且，東麗在生產(chǎn)工藝、復合材料和應用方向領(lǐng)域的研發(fā)人員規模相當，有著(zhù)對應于全產(chǎn)業(yè)鏈的均衡分布。此外，東麗還注重復合型人才培養，過(guò)半的研發(fā)人員兼顧兩個(gè)以上的研發(fā)方向，以保證各環(huán)節研發(fā)的配合銜接。

　　碳纖維制成的CT醫療床板。(CFP供圖)

二是以市場(chǎng)為導向的申請和投資策略。東麗的碳纖維復合材料在航空航天、工業(yè)應用、體育休閑方面的專(zhuān)利申請量與其在這幾個(gè)方面的產(chǎn)能同步增長(cháng)。在前沿技術(shù)上，東麗與高校和研究所合作申請頻繁，如該公司與名古屋大學(xué)在氣相生長(cháng)碳纖維技術(shù)方面就有多項共同申請專(zhuān)利。

美國的PAN基碳纖維專(zhuān)利申請也具有明顯的本土優(yōu)勢，數量均大于別國。“美國、日本、歐洲的專(zhuān)利申請多數采用多邊申請策略，尋求在多國進(jìn)行專(zhuān)利布局。結合日本市場(chǎng)申請看，可以說(shuō)PAN基碳纖維的眾多申請人具有很好的專(zhuān)利布局意識。”沈璉說(shuō)。

PAN基碳纖維生產(chǎn)工藝中的聚合、紡絲以及成碳熱處理，決定著(zhù)碳纖維的質(zhì)量和性能穩定性。尤其是聚合屬于PAN基碳纖維原絲制造的源頭，是基礎而重要的分支，對于碳纖維生產(chǎn)的質(zhì)量及穩定性有較大影響。因此，PAN基碳纖維的聚合專(zhuān)利申請量在近些年始終呈現快速增長(cháng)趨勢，從1964～1979年的53項，增長(cháng)到1996～2010年的238項。2005年以后，聚合分支也是我國的研究重點(diǎn)，申請量始終在各個(gè)分支中處于優(yōu)勢地位。這主要是由于對共聚單體進(jìn)行改進(jìn)能獲得高取向、低缺陷、高強度的PAN基碳纖維。

而從專(zhuān)利被引用的頻次看，在PAN基碳纖維的聚合技術(shù)領(lǐng)域，被引用次數最多的前50件專(zhuān)利中，三菱麗陽(yáng)、東麗、東邦、塞拉尼斯占了72%，且存在相互交叉引用。沈璉表示，這說(shuō)明作為制備碳纖維基礎的PAN聚合的重要技術(shù)也都集中在大公司手中，并且相互之間存在技術(shù)依賴(lài)。

掌控未來(lái)看應用

碳纖維雖然可以通過(guò)獨立使用發(fā)揮某些功能，但它屬于脆性材料，伸長(cháng)率低，直接使用的情況較少，只有將它與基本材料牢固地結合在一起，才能體現出其優(yōu)異的力學(xué)性能，使之更好地承載負荷。因此，碳纖維主要應用在復合材料中做增強材料，起到承載負荷的作用。

2000年之后，人們越來(lái)越重視對碳纖維下游產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)和保護，碳纖維應用領(lǐng)域的專(zhuān)利申請量也隨之陡然上升，使得應用領(lǐng)域的申請遠大于工藝領(lǐng)域的申請。據國家知識產(chǎn)權局專(zhuān)利局專(zhuān)利審查員闞泓介紹，碳纖維應用的全球專(zhuān)利申請量為40198項，占總量的82%；碳纖維生產(chǎn)工藝的全球申請量為8861項，占總量的18%。全球的碳纖維專(zhuān)利應用申請量是工藝申請量的4.6倍。與全球專(zhuān)利申請趨勢相同，碳纖維應用方面的中國專(zhuān)利申請量也遠遠高于生產(chǎn)工藝方面的申請量，是后者的6.7倍。“這說(shuō)明，中國碳纖維的應用領(lǐng)域在急劇擴大，進(jìn)一步導致需求量上升。”闞泓說(shuō)。

碳纖維的初級應用始于復合材料，而能夠形成競爭和壟斷且極具市場(chǎng)價(jià)值的復合材料則集中在航空制造業(yè)。據悉，波音公司早期機型B737上使用的碳纖維復合材料，用量不足機重的1%，種類(lèi)也僅限于內飾材料。到了后來(lái)的B787機型，復合材料取代鋁合金結構成為飛機的首選主結構材料，其用量占到機體結構重量的50%。緊隨其后，空客在A(yíng)350和A320中也大量采用了輕體復合材料。

碳纖維復合材料在大型民用飛機中的全球專(zhuān)利申請量為3692項，其中中國專(zhuān)利申請量為248件。《報告》課題組通過(guò)對這些專(zhuān)利進(jìn)行統計分析發(fā)現，申請量排名前10位的申請人分別對應了在航空制造供應鏈中的四大類(lèi)主要參與者。闞泓表示：“這些參與者大量參與碳纖維復合材料的專(zhuān)利申請，通過(guò)上下游的配合研發(fā)，為穩固他們在航空制造產(chǎn)業(yè)鏈中的地位打下了基礎。”

應用領(lǐng)域擴大，需求也必將增加。據相關(guān)部門(mén)預測，世界碳纖維需求將以每年約13%的速度飛速增長(cháng)，碳纖維的全球需求量在2012年達到6萬(wàn)噸，在2018年將達到10萬(wàn)噸。因此，張偉波建議，我國的碳纖維產(chǎn)業(yè)發(fā)展應與下游應用相結合，注重下游產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)應用，延伸產(chǎn)業(yè)鏈條，重點(diǎn)圍繞民用航空、汽車(chē)、建筑工程、海洋工程、電力輸送、油氣開(kāi)采和機械設備等領(lǐng)域需求，開(kāi)發(fā)各種形態(tài)的碳纖維增強復合材料、中間材料及零部件，不斷滿(mǎn)足經(jīng)濟和社會(huì )的發(fā)展需求。

PAN基碳纖維全球市場(chǎng)份額分布圖

(來(lái)源：國家知識產(chǎn)權局專(zhuān)利局化學(xué)發(fā)明審查部)

2015年我國碳纖維需求量預測

(來(lái)源：國家知識產(chǎn)權局專(zhuān)利局化學(xué)發(fā)明審查部)

來(lái)源： 中國化工報

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