生意社6月21日訊　最近，一則新聞引起了業(yè)內(nèi)的廣泛談?wù)摚阂唤K商人前不久在美國購買碳纖維，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一斑。因為優(yōu)越的性能，碳纖維已經(jīng)被廣泛應(yīng)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“獨門秘籍”。

碳纖維制成的自行車。(本報記者張育攝)

在知識產(chǎn)權(quán)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(gòu)紛紛通過申請專利對技術(shù)成果進(jìn)行知識產(chǎn)權(quán)保護(hù)。通過對相關(guān)的專利情況進(jìn)行分析，可以比較客觀地反映行業(yè)的發(fā)展現(xiàn)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(xù)健康發(fā)展的指導(dǎo)意見(征求意見稿)》(以下簡稱《指導(dǎo)意見》)就提出，需落實知識產(chǎn)權(quán)戰(zhàn)略，大幅提升碳纖維生產(chǎn)工藝和復(fù)合材料專利的數(shù)量和質(zhì)量，緊密追蹤碳纖維市場競爭和專利技術(shù)動向。那么眼下，是誰在主宰全球碳纖維市場？主流企業(yè)重點研究的碳纖維產(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(quán)局專利局化學(xué)發(fā)明審查部編寫的《高性能纖維產(chǎn)業(yè)專利分析報告》(以下簡稱《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(jì)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)類聚合物纖維這5種高性能纖維的69974件全球?qū)＠暾堉校祭w維占到71%。”《報告》課題組負(fù)責(zé)人、國家知識產(chǎn)權(quán)局專利局化學(xué)發(fā)明審查部副部長張偉波介紹說，在全球碳纖維專利申請中，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?qū)＠暾埩窟M(jìn)入全球排名前10位的都是日本申請人；而碳纖維復(fù)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(shù)據(jù)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(nèi)已形成行業(yè)壟斷。”張偉波如是說。

如果說全球的碳纖維發(fā)展都要看日本的話，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(dá)1.79萬噸，且產(chǎn)品種類齊全，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)于碳纖維的專利至今，東麗在碳纖維方面共申請了1468項專利，其中得到授權(quán)的有79項。“東麗的碳纖維生產(chǎn)技術(shù)代表了當(dāng)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》課題組的專家們對此進(jìn)行了分析：

一是規(guī)模龐大的研發(fā)隊伍。自1969年以來，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(fù)合材料和應(yīng)用方向領(lǐng)域的研發(fā)人員規(guī)模相當(dāng)，有著對應(yīng)于全產(chǎn)業(yè)鏈的均衡分布。此外，東麗還注重復(fù)合型人才培養(yǎng)，過半的研發(fā)人員兼顧兩個以上的研發(fā)方向，以保證各環(huán)節(jié)研發(fā)的配合銜接。

　　碳纖維制成的CT醫(yī)療床板。(CFP供圖)

二是以市場為導(dǎo)向的申請和投資策略。東麗的碳纖維復(fù)合材料在航空航天、工業(yè)應(yīng)用、體育休閑方面的專利申請量與其在這幾個方面的產(chǎn)能同步增長。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)在氣相生長碳纖維技術(shù)方面就有多項共同申請專利。

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

PAN基碳纖維生產(chǎn)工藝中的聚合、紡絲以及成碳熱處理，決定著碳纖維的質(zhì)量和性能穩(wěn)定性。尤其是聚合屬于PAN基碳纖維原絲制造的源頭，是基礎(chǔ)而重要的分支，對于碳纖維生產(chǎn)的質(zhì)量及穩(wěn)定性有較大影響。因此，PAN基碳纖維的聚合專利申請量在近些年始終呈現(xiàn)快速增長趨勢，從1964～1979年的53項，增長到1996～2010年的238項。2005年以后，聚合分支也是我國的研究重點，申請量始終在各個分支中處于優(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(shù)最多的前50件專利中，三菱麗陽、東麗、東邦、塞拉尼斯占了72%，且存在相互交叉引用。沈璉表示，這說明作為制備碳纖維基礎(chǔ)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。

掌控未來看應(yīng)用

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

2000年之后，人們越來越重視對碳纖維下游產(chǎn)品的開發(fā)和保護(hù)，碳纖維應(yīng)用領(lǐng)域的專利申請量也隨之陡然上升，使得應(yīng)用領(lǐng)域的申請遠(yuǎn)大于工藝領(lǐng)域的申請。據(jù)國家知識產(chǎn)權(quán)局專利局專利審查員闞泓介紹，碳纖維應(yīng)用的全球?qū)＠暾埩繛?0198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%。全球的碳纖維專利應(yīng)用申請量是工藝申請量的4.6倍。與全球?qū)＠暾堏厔菹嗤祭w維應(yīng)用方面的中國專利申請量也遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于生產(chǎn)工藝方面的申請量，是后者的6.7倍。“這說明，中國碳纖維的應(yīng)用領(lǐng)域在急劇擴(kuò)大，進(jìn)一步導(dǎo)致需求量上升。”闞泓說。

碳纖維的初級應(yīng)用始于復(fù)合材料，而能夠形成競爭和壟斷且極具市場價值的復(fù)合材料則集中在航空制造業(yè)。據(jù)悉，波音公司早期機型B737上使用的碳纖維復(fù)合材料，用量不足機重的1%，種類也僅限于內(nèi)飾材料。到了后來的B787機型，復(fù)合材料取代鋁合金結(jié)構(gòu)成為飛機的首選主結(jié)構(gòu)材料，其用量占到機體結(jié)構(gòu)重量的50%。緊隨其后，空客在A350和A320中也大量采用了輕體復(fù)合材料。

碳纖維復(fù)合材料在大型民用飛機中的全球?qū)＠暾埩繛?692項，其中中國專利申請量為248件。《報告》課題組通過對這些專利進(jìn)行統(tǒng)計分析發(fā)現(xiàn)，申請量排名前10位的申請人分別對應(yīng)了在航空制造供應(yīng)鏈中的四大類主要參與者。闞泓表示：“這些參與者大量參與碳纖維復(fù)合材料的專利申請，通過上下游的配合研發(fā)，為穩(wěn)固他們在航空制造產(chǎn)業(yè)鏈中的地位打下了基礎(chǔ)。”

應(yīng)用領(lǐng)域擴(kuò)大，需求也必將增加。據(jù)相關(guān)部門預(yù)測，世界碳纖維需求將以每年約13%的速度飛速增長，碳纖維的全球需求量在2012年達(dá)到6萬噸，在2018年將達(dá)到10萬噸。因此，張偉波建議，我國的碳纖維產(chǎn)業(yè)發(fā)展應(yīng)與下游應(yīng)用相結(jié)合，注重下游產(chǎn)品的開發(fā)應(yīng)用，延伸產(chǎn)業(yè)鏈條，重點圍繞民用航空、汽車、建筑工程、海洋工程、電力輸送、油氣開采和機械設(shè)備等領(lǐng)域需求，開發(fā)各種形態(tài)的碳纖維增強復(fù)合材料、中間材料及零部件，不斷滿足經(jīng)濟(jì)和社會的發(fā)展需求。

PAN基碳纖維全球市場份額分布圖

(來源：國家知識產(chǎn)權(quán)局專利局化學(xué)發(fā)明審查部)

2015年我國碳纖維需求量預(yù)測

(來源：國家知識產(chǎn)權(quán)局專利局化學(xué)發(fā)明審查部)

來源： 中國化工報