碳纤维制造产业的专利分析

冀小强，易方方

(1.中国专利技术开发公司，北京100088;2.国家知识产权局专利审查协作中心，北京100088)

碳纤维制造产业的专利分析

冀小强1，易方方2

(1.中国专利技术开发公司，北京100088;2.国家知识产权局专利审查协作中心，北京100088)

对碳纤维制造技术专利文献进行了检索统计，分别从年度发展趋势、专利申请国分布、申请人状况和中美日欧四局共同申请的重点专利布局等方面对碳纤维制造产业的国内外技术专利进行了分析，揭示了国内外碳纤维专利申请的现状，分析了主要专利申请人专利的国际专利分类领域和技术重点，为我国科研院所和企业提出了专利申请布局的相关建议。提出了我国应利用已公开的专利技术，研发特种碳纤维的制造技术，强化碳纤维的应用技术，促进碳纤维的产业化和工程化。

碳纤维 专利分析 专利统计 应用

碳纤维具有耐高温、耐酸碱、耐蚀性、热导率高、热膨胀系数小、导电性好等特点，是一种柔软可加工性能的增强材料，已经被广泛用于航空航天、机械设备、建材交通、文体医疗等领域［1－2］。

1860年，英国J.Swan首次将细长的绳状纸片碳化制取碳丝，但碳纤维材料正式工业化使用始于20世纪60年代美国UCC公司推出的粘胶基碳纤维商品［3］。当前世界碳纤维市场持续加快发展，2006—2011年世界碳纤维平均需求年增长率约 11.7%［4］，美国 Lucintel公司预测，碳纤维市场到2014年将会增长到24亿美元［5］。

作者对2011年6月30日之前公开的包括中国、美国、英国、法国、德国、日本、瑞士、欧洲专利局EPO以及世界知识产权组织WIPO(简称七国两组织)在内的40多个国家和地区有关碳纤维的专利文献进行了检索统计，分析了碳纤维生产制造领域相关的专利活动、专利分布、技术发展动态，以期有助于业界了解行业环境、发现技术热点、开展技术创新。

1 碳纤维技术专利状况分析

1.1 全球专利年度发展趋势

在国际专利分类(IPC)与碳纤维制备技术相关的D01F(制作人造长丝、线、纤维、鬃或带子的化学特征;专用于生产碳纤维的设备)和D01D(制作人造长丝、线、纤维、鬃或带子的机械方法或设备)两个小类中［6］，用碳纤维相关的关键词进行检索，同时全面检索了IPC中碳纤维及其制备技术的专门小组D01F9/12至D01F9/32，共检索到2011年6月30日之前公开的与碳纤维制造技术相关的专利文献16 051件。由于专利公开日期和数据收藏日期较之专利申请日期具有滞后性，因而2009—2011年专利申请的实际数量要大于统计的数量。

从图1可看出，1985—2011年，碳纤维技术创新经历了2个高峰阶段，第一阶段是1985—1992年，经过统计分析这一阶段专利技术排名前3的IPC小组分别是D01F9/14(通过有机长丝的分解)、D01F9/145(从沥青或蒸馏残余物分解)、D01F9/22(从聚丙烯腈制造原丝或碳纤维)，其中D01F9/14约占此阶段申请总量的36%。

图1 全球碳纤维专利申请数量趋势Fig.1 Worldwide numbers of patent applications for CF technology

随着碳纤维材料的进一步应用，2001—2011年又迎来碳纤维专利申请的新高峰，这一阶段专利技术排名前三的IPC小组分别是D01F9/12(碳纤维;专用于生产碳纤维的设备)、C01B31/02(碳的制备;纯化)、D01F9/127(通过烃气或气化物的热分解制造碳纤维)，其中D01F9/12约占此阶段申请总量的33%，这表明这一阶段的专利技术已经不能被分类在IPC分类表中D01F9/12下面传统细分的IPC小组中，即这些技术可能是从不同于以往的角度进行的创新。

1.2 专利申请受理公开国统计

从表1可看出，日本特许厅受理公开的专利数量最多，约占总量的36%，美国受理公开专利数量排名第二，约占总量的17%。而我国国家知识产权局(SIPO)受理公开的专利数量仅占总量的5%，在该领域的专利基数相对还很小。近年来，我国科技经济快速发展，越来越重视知识产权，该领域的专利申请量也快速增长，2001—2011年的专利公开量约占我国该领域专利公开总量的86%，近年的公开量已经逐渐逼近日本和美国。

表1 碳纤维制造技术专利受理公开局分布Tab.1 Patent office distribution of published patents on carbon fiber manufacturing technology

1.3 碳纤维技术专利主要申请人分布情况

从表2可看出，碳纤维技术专利的前15位申请人的机构属性都属于企业，其中日本占了10家，美国占了5家。此外，占据前两位的日本东丽株式会社和三菱丽阳株式会社拥有的专利数量约为排名第三的美国联合碳化公司的2～3倍，二者的专利拥有量约占该领域专利数量的10.3%。由于日本的公司和美国的公司错综复杂的股权关系以及庞杂的公司架构，因而要想真正摸清同一财团掌握的专利数量是比较困难的，例如东邦泰纳克丝株式会社属于帝人株式会社旗下的子公司，三菱丽阳株式会社、三菱化学株式会社、日油株式会社等都同属于三菱财团成员企业。再加上同一企业申请专利时英文名称和中文名称的不一致和多样性，使得外人较难了解其专利战略布局。

表2 碳纤维制造技术专利的主要申请人Tab.2 Dominant patent applicants with the most carbon fiber manufacturing technology patents

表3统计了碳纤维专利数量前5名申请人的专利所属IPC领域的前3位，根据专利所属IPC分类号的类名和浏览相关专利可以看出［6］，东丽株式会社专利申请主要涉及聚丙烯腈(PAN)原丝和PAN基碳纤维的制造技术，例如中国专利CN101553511A;三菱丽阳株式会社的专利申请主要涉及前驱体碳纤维束和PAN基碳纤维相关的制造技术，例如中国专利 CN1566420A和CN102046676A，这两家企业在21世纪碳纤维专利数量一直保持较高水平;联合碳化公司的专利申请主要涉及沥青基碳纤维和粘胶基碳纤维的制造领域，其专利申请主要集中在20世纪60，70年代，在20世纪80年代将其碳纤维部卖给Amoco公司之后，其在该领域的专利申请量急剧下降，1985—2011年的申请总量不到30件;海珀里昂催化国际有限公司的专利申请主要涉及利用催化剂催化反应生产碳纤维或者碳纳米管的技术;昭和电工株式会社的专利申请则主要涉及利用烃气等气相生长方法制造碳纤维及制备相关导电制品的技术。

表3 申请量前5名申请人的主要创新IPC领域Tab.3 The key innovative IPC fields of top 5 patent applicants

2 碳纤维技术的中国专利分析

采用相似的检索式在中国专利文献检索系统中检索，共检索到2011年6月30日之前公开的与碳纤维制造技术相关的中国专利文献692件。由于专利公开日期和数据收藏日期较之专利申请日期具有滞后性，因而2010—2011年专利申请的实际数量要大于目前统计的数量。

2.1 中国专利的年度状况分析

从图2可以看出:1985—2000年，中国碳纤维专利的申请量相对较低，总共申请了89篇专利;而自2001年起，碳纤维制造技术相关的专利申请公开量快速增长，2001—2010的专利公开量为601件，相比1991—2000年期间的专利申请公开量增长了7倍多，而且现在仍然以超过10%的年增长率递增。

图2 中国碳纤维专利数量趋势Fig.2 Numerical tendency of China carbon fiber patent application

从专利技术的领域来看，公开专利的IPC分类号统计前三名分别是D01F9/12(碳纤维;专用于生产碳纤维的设备)239件、D01F9/22(从PAN制作的碳纤维及相关设备)136件、D01F9/127(通过烃气或气化物的热分解制作的碳纤维及相关设备)98件。

2.2 申请人国别分布和专利类型

在检索到的碳纤维制造技术相关的692篇中国专利中，国内申请人申请的专利为463篇，约占申请总量的67%，国外申请人申请的专利为229篇，约占总量的33%，但其全部为发明专利，仅从中国专利申请的数量考虑，在碳纤维领域中，我国拥有的专利数量已具备局部优势，这与我国近年碳纤维材料的大量使用及我国相关的产业政策有关，但从全球专利统计情况来看，这主要是因为国外大量的早期专利申请由于技术保密等因素并未到中国来请求保护，国外相关企业对我国市场和技术学习能力还未给予足够的重视，这也使得我国企业在利用外国早期申请的碳纤维专利技术方面有一定空间。在国外申请中，日本和美国申请人占了约80%，其他国家的具体分布参见表4。

表4 碳纤维申请人所属国及专利状况Tab.4 Patent status by carbon fiber patent applicant country

从表4还可以看出，碳纤维制造领域授权的专利(包括实用新型专利)共有381件，其中270篇属于中国申请人，约占授权专利总量的71%，此外日本64件，约占授权专利总量的16.8%;美国26件，约占授权专利总量的6.8%。表4还显示了发明专利申请的授权率，其中国内申请人的专利总量较高，授权率为48.8%，基本相当于该领域的平均授权率，但授权专利因欠费导致权利终止的比例高达30%。在外国申请中，日本申请绝对数量占优，其专利申请的授权率高于平均值，体现了日本在该领域的技术优势。从专利类型上来看，发明专利为606件，约占总量的88%，实用新型专利为86件，约占总量的12%，并且实用新型专利全部为国内申请人拥有，一定程度上也反映出国外申请人相对更注重专利申请的质量。

2.3 申请人分布统计

从表5看出，中国科学院山西煤炭化学研究所申请排名第一，其中发明36件(授权30件)、实用新型7件。需要注意的是，国外申请人在不同国家申请时由于译名差异引起的统计数据差异，例如:东邦泰纳克丝株式会社在中国进行专利申请时，还有另一名称“东邦特耐克丝株式会社”，由于该公司实际上属于帝人株式会社的子公司，因而在本文的统计中将其专利数量合并计入帝人株式会社的专利数量。从表5还可以看出，我国专利申请人在国内专利布局中已经具备了数量优势，但这些专利基本掌握在高校院所等科研单位手中，缺乏应用生产的核心技术，迫切需要企业在消化吸收国外先进技术并融合自主创新的过程中将其产业化、工程化。

表5 碳纤维专利申请量前10名的申请人Tab.5 Top 10 patent applicants in carbon fiber patent application amount

2.4 重点专利布局分析

在市场机制引导下的专利制度保护措施可以向市场直接提供专利产品，还能通过向他人转让或许可使用专利技术，禁止他人仿造等措施增加专利技术的市场控制力。基于此，可以认为向科技创新能力强、产品市场容量庞大的多个国家同时申请保护的专利为重点专利，本文基于世界专利索引WPI的同族专利，统计分析了碳纤维制造技术中就相同或相近专利在中、美、日、欧同时请求保护的169件专利文献的状况。从表6可以看出:这169件专利文献按照申请人国家拥有数量排名前三位的分别是日本88件、美国48件、法国13件，日本和美国占了其总量的80%强;从申请人角度分析，重点专利申请数量前四名申请人都是日本企业，分别是昭和电工株式会社20件、帝人株式会社16件(含子公司)、东丽株式会社10件、三菱丽阳株式会社9件，显示了日本在碳纤维领域的超强实力。而中国在该领域则没有1件向中美日欧四局同时申请的专利，说明国内专利申请人申请海外专利的意识薄弱，但也存在国内企业市场经营范围小、技术水平落后等客观因素。日本由于是传统的贸易出口国，企业非常注重专利布局，经常采用“产品未到、工厂未建、专利先行”的专利战略，这已经成为日美企业控制国际市场份额和打击竞争对手方面的重要手段。

表6 碳纤维中美日欧共同申请专利的申请人所属国分布Tab.6 National distribution of applicants of patents filed in US，JP，EP，CN

3 几点建议

碳纤维及其相关产品属高新技术产品，具有其他材料不可比拟的优异性能，但我国碳纤维相关技术与国外相比落后几十年，随着我国经济的持续快速发展，碳纤维的市场需求与日俱增，发展我国的碳纤维产业具有重大的现实意义和战略意义。因此，必须加快开发我国碳纤维相关技术。

(1)碳纤维的应用经常涉及国防和军工，所以日、美等发达国家对特种碳纤维原丝制造技术高度保密。我国企业一方面应利用各种渠道引进最先进的民用碳纤维技术;另一方面，坚持自主创新是发展我国高性能碳纤维的方向，我国科研院所和企业要在国家政策的支持下，充分利用国内外已公开的专利技术，攻坚核心技术，才能逐步摆脱我国高性能碳纤维基本依赖进口的局面。国外碳纤维产业在20世纪90年代左右有一个创新高峰，由于世界上大多数国家发明专利保护期限是20年，这些超过保护期的失效专利对于我国相对落后的碳纤维产业发展还是非常有益的，应加大对这些失效专利的技术应用研究，在实践应用中跨越式发展改进。

(2)重视外围专利布局。近年来我国碳纤维技术的专利数量上升很快，但与日美等发达国家多年的技术积累相比还显得很单薄，技术构成也不全面。我国企业应在研究碳纤维原丝工艺的同时，加强碳纤维外围应用技术(如预氧化、高温碳化、表面处理、复合材料等碳纤维制品研究)的研究和专利布局。

(3)提高国内碳纤维专利技术的产业化和工程化程度。我国碳纤维制造领域60%的专利申请人是高校院所或个人，这种结构不利于专利的转化和运用。因此，必须通过加强产学研转化力度，发挥企业、高校和科研院所各自的优势，形成合力，促进碳纤维专利技术的工程化和产业化。同时要逐步通过政策引导将创新的主体转化为企业，因为企业是最富有专利实施动力的主体、对市场需求的反应最为敏捷，专利技术通过企业才能转化为实在的生产力。

(4)重视海外专利申请。目前我国碳纤维技术匮乏产业近年主要着眼于国产化，几乎无法出口产品到国外。碳纤维技术在我国企业、高校科研机构等技术力量的联合攻关下，将取得更多的技术成果。这些技术的拥有人应当重视海外专利申请，保护自己的智力成果，充分利用专利制度将其商品化，进一步通过交叉许可等方式为将来开拓国际市场保驾护航。

［1］黎小平，张小平，王红伟，等.碳纤维的发展及其应用现状［J］.高科技纤维与应用，2005，30(5):24 －30.

［2］姜润喜.碳纤维的发展现状［J］.合成技术及应用，2010，25(1):29－33.

［3］贺福.碳纤维及其应用技术［M］.北京:化学工业出版社，2004:1－2.

［4］侯培民.我国高性能碳纤维产业化发展［J］.合成纤维工业，2009，32(1):40－43.

［5］毕鸿章.2014年碳纤维市场将达到24亿美元［J］.高科技纤维与应用，2009，34(4):50.

［6］世界知识产权组织.国际专利分类表［S/OL］.［2012.01］.http://www.wipo.int/ipcpub/#refresh=page.

Analysis of patents on carbon fiber manufacturing technology

Ji Xiaoqiang1，Yi Fangfang2
(1.China Patent Development Corporation，Beijing 100088;2.Patent Examination Cooperation Center，State Intellectual Property Office，Beijing 100088)

The relevant patents of carbon fiber manufacturing technologies were retrieved.The China and international patents on carbon fiber manufacturing technologies were analyzed from the aspects of annual trend and geographical spread of patent applications，statistics of patent applicants，distribution of key patents filed in US，Japan，Europe and China patent offices.The status of carbon fiber patent application was explored in China and abroad.The international classification and focal points of patent technology were analyzed according to the dominant patent applicants.Some suggestion on the patent application strategy was put forward for China science research institutes and enterprises.It was pointed out that China should develop the manufacturing technology of special carbon fiber，strengthen the application technology and stimulate the industrialization and engineering technology of carbon fiber using the published patent technologies.

carbon fiber;patent analysis;patent statistic;application

TQ342+.74

A

1001-0041(2012)03-0047-05

2011-10-09;修改稿收到日期:2012-03-22。

冀小强(1977—)，男，硕士研究生，副研究员，主要从事专利审查和专利信息化工作。E-mail:jixiaoqiang@sipo.gov.cn。