车用聚氨酯弹性体的中国专利申请状况分析

李蔚慰 李胤 冯刚 郑君

（国家知识产权局专利局专利审查协作北京中心，北京 100081）

车用聚氨酯弹性体的中国专利申请状况分析

李蔚慰 李胤 冯刚 郑君

（国家知识产权局专利局专利审查协作北京中心，北京 100081）

本文以车用聚氨酯弹性体的中国专利申请数据为分析样本，从中国专利申请的时间分布、主要申请人、地区分布、专利技术概况等多角度详细剖析了国内车用聚氨酯弹性体专利技术的整体发展状况，为我国相关企业进行专利布局提供参考。

聚氨酯弹性体；车用；专利

聚氨酯弹性体，是指在分子链段中含有较多的氨基甲酸酯（-NHCOO-）基团的聚合物弹性体聚合物，是由带有端羟基的多元醇化合物和多异氰酸酯、必要时添加小分子扩链剂反应制得的高分子材料。由于其结构中存在软、硬两种链段，同时在分子上没有或很少具备化学交联，分子链基本上是线性的，因此聚氨酯弹性体同时兼具塑料材料的高硬度性能以及橡胶材料的高弹性，其弹性好、耐磨性和耐疲劳性优异，并且具有耐油脂、耐酸碱性、耐环境性能、耐辐射能力及优良的加工性能。

随着生活水平的不断提高，汽车早已成为人类日常生活中必不可少的交通工具。汽车工业经过上百年的发展，聚氨酯材料在这个领域中应用日趋广泛，目前已是汽车上用量最大的塑料用品之一。相关数据显示，通常聚氨酯在车用塑胶材料的占比为20%左右，平均每辆车的用量就达到约18kg。聚氨酯制品凭借其品种多样化的原材料、复杂多变的分子结构、丰富的合成及成型工艺，适合于制备多种多样的汽车配件。现阶段，汽车领域常用的聚氨酯材料主要有聚氨酯泡沫、聚氨酯弹性体、聚氨酯灌封材料、聚氨酯胶粘剂和聚氨酯涂料等。聚氨酯具备很强的可塑性和实用性，因此在汽车领域中的应用得以不断扩大。

其中，聚氨酯弹性体由于其优异的耐磨和减震缓冲功能，同时具备突出的综合性能，已广泛应用于汽车中的多种零部件，包括汽车轮胎、安全气囊、减震装置、保险杠、仪表板、电缆护套、门窗封条、挡泥板、轴承及垫圈等。根据加工方式的不同，聚氨酯弹性体分为浇注、热塑、混炼三类。其中，发展最为迅速的是热塑性聚氨酯弹性体（TPU），其耐磨耗性强、强度高、韧性高、透明度高；耐疲劳性、耐寒性和耐油脂性好；但其耐热能力和耐候性一般。品种最多的是浇注型聚氨酯弹性体（CPU），其在聚氨酯弹性体中的总产量约为60%，但在汽车上使用较少；混炼型聚氨酯弹性体（HPU）的产量最少，在聚氨酯弹性体总产量中仅占10%左右。

1 车用聚氨酯弹性体的中国专利申请状况分析

本文对车用聚氨酯弹性体的中国专利申请进行了检索和分析，检索所基于的数据库为中国专利文摘数据库（CNABS），检索到了323件相关专利申请，检索截止日期为2016年5月31日。CNABS的数据涵盖自1985年至今所有中国专利文摘数据。由于发明专利申请从申请到公开有一定的周期，因此，部分相关专利申请处于未被公开状态而未被统计。

1.1 相关中国专利申请的历年申请量

图1显示了车用聚氨酯弹性体的专利申请的年度分布情况。对比全球和中国的历年专利申请量发现，在全球范围内从20世纪60年代就已经有一定的申请量，而国内申请一直到1990年前后才逐步出现，可见中国的车用聚氨酯弹性体技术相对比全球来说，起步比较晚。在20世纪90年代初期，作为中国申请的起步阶段，国外申请量出现了一个低谷，随后全球和中国的申请量都进入了不断增长的繁荣时期。全球申请量在2007年达到最高值64件后，开始逐渐回落，这可能是由于世界金融危机引起。而我国车用聚氨酯弹性体的申请量继续保持增长趋势，在2014年达到40件的峰值，几乎与全球水平相当，之后更有反超之势，可见国内申请人意识到了车用聚氨酯弹性体材料的重要性，不断加大研发力度，取得了不错的研究成果。

1.2 相关中国专利申请的主要申请人

表1是车用聚氨酯弹性体在中国的申请人排名，其中包括国内和国外申请人。由表1可知，在中国申请的国外申请人占据的比例较大，前5位中占据4席，陶氏环球技术公司、巴斯夫欧洲公司、拜尔材料科学股份公司和拜尔材料科学有限公司的申请量分别为10件、8件、8件和7件，由此可见，作为汽车行业的领军国家，美国、德国在聚氨酯弹性体的研发中都处于领先地位。但在4件以下的申请量中，国内申请人占比很大，且申请人分布也很宽泛，说明聚氨酯弹性体专利申请在国内呈现多点开花但数量不高的格局。

1.3 相关中国专利申请的地区分布

图1 车用聚氨酯弹性体的专利申请量的时间分布

表1 车用聚氨酯弹性体的中国专利申请的主要申请人

图2 车用聚氨酯弹性体的中国专利申请量的地区分布

图2对车用聚氨酯弹性体的中国专利申请的地区分布进行统计，可以看出上海的申请量最大，达到36件，这与上海拥有较多汽车领域相关行业的企业有关。而紧邻上海的江苏、浙江、安徽等省份的申请量也较多，可见江浙沪沿海地区的汽车工业具有较强的生产实力和联动性。此外，作为中国的经济技术发达地区，广东省的车用聚氨酯弹性体申请量仅次于上海，共有26件申请，占据国内省市第二的位置。而山东省则位居全国第4位，其拥有聚氨酯领域申请量较高的山东东大一诺威聚氨酯有限公司、青岛欣展塑胶有限公司等企业。

1.4相关中国专利申请的技术概况

1.4.1 聚氨酯弹性体用于汽车缓冲减震元件

聚氨酯弹性体具有出色的弹性和减震功能，是普通的天然橡胶材料强度的近1.5倍，并且耐磨性、耐化学品性能、耐环境性能和加工性都优于天然橡胶；耐冲击性能和耐疲劳性能优良，被广泛用于汽车缓冲减震元件。目前聚氨酯减震件运用较多的为减震器衬套、钢板弹簧衬套、钢板弹簧软垫、I杆衬套、V杆衬套等受力较大的部位，大大提高了减震元件的使用寿命。

如今，使用微孔聚氨酯弹性体制成的减震缓冲块的轿车已超过九成，这类减震元件多被安装在汽车底盘上作为弹簧辅助件，或者置于振动吸收器的活塞杆上，结合钢圈弹簧构成汽车的减震系统。因为其具备极强的抗冲击性能，相对于传统的橡胶减震缓冲块，可压缩性和变形能力更高，静态和动态力学性能更为优良，使得汽车行驶中更加平稳并提高了乘客的舒适度。

由于聚氨酯弹性体上述突出的性能特征，接近半数的相关中国专利申请都主要用于汽车缓冲减震元件。例如国内申请量第一的中国申请人上海凯众聚氨酯有限公司，其先后研发的NDI基聚氨酯微孔弹性体（CN1982351A）、TODI基聚氨酯微孔弹性体（CN101381442A）、NDI/MDI基聚氨酯微孔弹性体（CN101469053A）、PPDI基聚氨酯微孔弹性体（CN101469054A）等材料均涉及汽车缓冲减震元件的应用，并逐步通过不同的异氰酸酯基组成与合成方法的改进，最终克服了NDI基微孔弹性体生产工艺上存在诸如预聚体储存稳定期短、生产周期长等缺点，同时也克服了基于MDI的微孔弹性体动态负荷下形变较大、静态压缩变定值高、球回弹度低的问题，获得了具有良好的耐动态疲劳性能，使用寿命明显提高的汽车减震部件。

具有较强研发实力的中国科学院长春应用化学研究所，也着力于聚氨酯弹性体的研究：CN102850518A公开了一种低压缩永久变形的聚氨酯微孔弹性体的制备方法，通过调节原料配比得到了比现有技术压缩永久变形性能更好的聚氨酯微孔弹性体；CN104341578A公开了一种宽温域模量稳定聚氨酯微孔弹性体的制备方法，通过两种预聚体混合并调整两预聚体的比例、及使用大分子量聚醚多元醇作为扩链剂制备得到在低温-40℃自然区域仍维持较好弹性的聚氨酯微孔弹性体；CN104341579A公开了一种低形变聚氨酯减震缓冲块的制备方法，采用碳化二亚胺改性MDI，引入硬度相交联，同时在软段相中引入高分子量的三官能度聚醚多元醇，增加了软段相的化学交联，在不影响缓冲块的动态疲劳性能和综合力学性能的同时，降低了缓冲块疲劳后的形变率。

此外，奥斯汀新材料（张家港）有限公司在CN102304214A中公开了一种汽车用微孔聚氨酯减震缓冲块的制备方法，其采用聚己内酯多元醇增加材料的弹性和动态疲劳性能，引入纳米碳酸钙微粉以增加产品的强度等综合力学性能；福鼎市肯普聚氨酯科技发展有限公司在CN104059352A中公开了一种聚氨酯PUR弹性体及汽车部件发泡阻尼环缓冲圈的制造方法，通过配合和聚合温度等参数的改进，既保证材料有足够的力学性能，又具有较高的耐动态疲劳能力，同时降低了硫化温度延长硫化时间；上海凯众材料科技股份有限公司在CN104650330A中公开了一种聚酯二元醇及微孔聚氨酯弹性体的制备方法，获得了具有优良的耐水解性、低温柔顺性以及机械强度，适合用作承受动态疲劳的高强度阻尼元件。

1.4.2 聚氨酯弹性体用于汽车轮胎

目前，汽车轮胎多采用橡胶制品加工而成，考虑到聚氨酯弹性体独特的高强度、高硬度兼具的性能，研究人员也试图将其应用到汽车轮胎的制备，初次尝试始于上世纪60年代，当时的产品为一种聚氨酯浇注型实心轮胎，用于在恶劣条件下运送货物的车辆。但是，因为聚氨酯分子结构中存在氨基甲酸酯等极性很强的基团，导致聚氨酯弹性体的分子间作用力大，故而其动态力学性能不佳，也就阻碍了聚氨酯弹性体使用于动态负载的情况，因此将聚氨酯弹性体制成汽车轮胎通常只在低速运行的条件下使用。近些年，由美国固特异公司研制了一款应用于轮胎的聚氨酯弹性体材料，其以三聚异氰酸酯为原料，可由聚氨酯的内部分子结构角度改良聚氨酯弹性体的动态力学性能，并且材料的耐高温能力与机械性能都有大幅提高。

在聚氨酯弹性体用于汽车轮胎的中国专利申请方面，广州华工百川科技股份有限公司在CN101648496A中公开了一种复合弹性体填充内腔的轮胎及其制备方法，将聚氨酯弹性体与橡胶混合以填充内腔，所得轮胎具有较好的形变和变形恢复性能、较好的缓冲性能和较长使用寿命，同时又具有普通实心轮胎的抗爆、抗刺扎、免充气、免维护和承载能力高等特点；华南理工大学在CN103044654A中公开了一种含长烷基支链聚氨酯弹性体及其制备方法与应用，与不含支链的聚氨酯弹性体的对照试样相比，含长烷基支链聚氨酯弹性体具有优良的动态力学性能、优异的耐磨性能、良好的抗湿滑性能和较小的滚动阻力，具备了作为汽车轮胎胎面胶的潜质；CN1915648A和CN101939349A的中国专利申请则分别涉及聚氨酯弹性体用于翻新轮胎的研究。

1.4.3 聚氨酯弹性体用于汽车其他零部件

聚氨酯弹性体凭借其突出的综合性能以及优异的耐磨性和缓冲减震功能，还被用于制造汽车中的许多其他零部件，包括安全气囊、仪表板、电缆护套、挡泥板、空气导管、轴承、垫圈、门窗封条、防护罩、以及伸缩电线等等。

南京汇科高分子材料有限公司在CN101768251A中公开了一种用于汽车玻璃包边的聚氨酯弹性体及其制备方法，所得车窗密封条优异的机械性能和适中的耐老化性能；日立电线株式会社在CN103173002A中公开了耐热性、焦化、挠性、断裂伸长率、耐二醇性优异的汽车用耐热缆线；鲁东大学在CN104558496A中公开了一种热塑性聚氨酯微孔弹性体及其制备方法，其加入了可膨胀微球，产品泡孔均匀、密度较低，并且具有优异的表面质量和力学性能，可用于制备汽车保险杠、缓冲垫片、缓冲块等；东莞市技塑塑胶科技有限公司在CN105295152A中公开了低噪音、高耐磨、高粘附力的车用无骨雨刷胶条，其由多种弹性体复配，成本较低且各项性能优异。

2 总结和建议

随着汽车轻量化的需求、人们环境意识的提高和塑料工业的迅速发展，聚氨酯材料，特别是聚氨酯弹性体材料在汽车中的应用与日俱增。由特定咨询机构预测显示，全球聚氨酯弹性体市场在2020年的总价值将有望突破730亿美元，今后15年间的复合年增长率预计可达到6%，车用聚氨酯材料的用量已经成为衡量汽车生产技术水平及新材料开发水平的标志之一。“十三五”期间，从提高品质、扩大生产、降低成本的角度合理开发聚氨酯弹性体系列产品，将成为我国高分子材料新品研发的一项热点议题，有益于提高我国高分子新材料在汽车等制造业领域的整体水平。

通过以上分析可知，中国在车用聚氨酯弹性体领域的专利技术处于蓬勃发展、技术分布广泛的有利环境中。希望我国汽车企业和相关研究机构，能够加大创新力度，借助专利这个技术发展的保护伞，制定符合国情的专利战略，进一步加强对聚氨酯弹性体的研究和开发，提高专利质量，在汽车行业这个巨大市场中占据一席之地。不仅要继续提高研发力度，更应该积极开拓市场、迈出国门、拓展思路，争取内外兼修，使高性能的聚氨酯弹性体材料在车用领域得到更为广泛的应用和发展。

［1］陆刚.探究神奇的车用聚氨酯材料[J].聚氨酯，2013 （5）：54-59.

［2］朱熠，等.热塑性弹性体在汽车行业的应用进展[J].汽车工艺与材料，2014（12）：39-45.

［3］中国聚氨酯工业协会.中国聚氨酯工业协会弹性体专业委员会2013年会论文集[C].西宁：[出版者不详]，2013.

Analysis of China Patents on Polyurethane Elastomer Useful in the Automobile Industry

Li Weiwei Li Ying Feng GangZheng Jun
(Patent examination cooperation Beijing center of the patent office,SIPO,Beijing 100081)

Chinese patent applications about polyurethane elastomeruseful in the automobile industry were taken as sample and the overall development status of that was analyzed and studied based on time distribution,main appli⁃cants,area distribution,and technical general situation.Some suggestion on the patent application strategy was put for⁃ward for China enterprises.

polyurethane elastomer;automobile;patent

TQ334.1

A

1003-5168（2016）10-0062-04

2016-9-30

李蔚慰（1984-），女，硕士研究生，助理研究员，研究方向：高分子化学领域；李胤（1983-），女，硕士研究生，助理研究员，研究方向：高分子化学领域（等同于第一作者）。