冀小強(qiáng)，易方方

(1.中國專利技術(shù)開發(fā)公司，北京100088;2.國家知識產(chǎn)權(quán)局專利審查協(xié)作中心，北京100088)

碳纖維制造產(chǎn)業(yè)的專利分析

冀小強(qiáng)1，易方方2

(1.中國專利技術(shù)開發(fā)公司，北京100088;2.國家知識產(chǎn)權(quán)局專利審查協(xié)作中心，北京100088)

對碳纖維制造技術(shù)專利文獻(xiàn)進(jìn)行了檢索統(tǒng)計(jì)，分別從年度發(fā)展趨勢、專利申請國分布、申請人狀況和中美日歐四局共同申請的重點(diǎn)專利布局等方面對碳纖維制造產(chǎn)業(yè)的國內(nèi)外技術(shù)專利進(jìn)行了分析，揭示了國內(nèi)外碳纖維專利申請的現(xiàn)狀，分析了主要專利申請人專利的國際專利分類領(lǐng)域和技術(shù)重點(diǎn)，為我國科研院所和企業(yè)提出了專利申請布局的相關(guān)建議。提出了我國應(yīng)利用已公開的專利技術(shù)，研發(fā)特種碳纖維的制造技術(shù)，強(qiáng)化碳纖維的應(yīng)用技術(shù)，促進(jìn)碳纖維的產(chǎn)業(yè)化和工程化。

碳纖維 專利分析 專利統(tǒng)計(jì) 應(yīng)用

碳纖維具有耐高溫、耐酸堿、耐蝕性、熱導(dǎo)率高、熱膨脹系數(shù)小、導(dǎo)電性好等特點(diǎn)，是一種柔軟可加工性能的增強(qiáng)材料，已經(jīng)被廣泛用于航空航天、機(jī)械設(shè)備、建材交通、文體醫(yī)療等領(lǐng)域［1－2］。

1860年，英國J.Swan首次將細(xì)長的繩狀紙片碳化制取碳絲，但碳纖維材料正式工業(yè)化使用始于20世紀(jì)60年代美國UCC公司推出的粘膠基碳纖維商品［3］。當(dāng)前世界碳纖維市場持續(xù)加快發(fā)展，2006—2011年世界碳纖維平均需求年增長率約 11.7%［4］，美國 Lucintel公司預(yù)測，碳纖維市場到2014年將會(huì)增長到24億美元［5］。

作者對2011年6月30日之前公開的包括中國、美國、英國、法國、德國、日本、瑞士、歐洲專利局EPO以及世界知識產(chǎn)權(quán)組織WIPO(簡稱七國兩組織)在內(nèi)的40多個(gè)國家和地區(qū)有關(guān)碳纖維的專利文獻(xiàn)進(jìn)行了檢索統(tǒng)計(jì)，分析了碳纖維生產(chǎn)制造領(lǐng)域相關(guān)的專利活動(dòng)、專利分布、技術(shù)發(fā)展動(dòng)態(tài)，以期有助于業(yè)界了解行業(yè)環(huán)境、發(fā)現(xiàn)技術(shù)熱點(diǎn)、開展技術(shù)創(chuàng)新。

1 碳纖維技術(shù)專利狀況分析

1.1 全球?qū)＠甓劝l(fā)展趨勢

在國際專利分類(IPC)與碳纖維制備技術(shù)相關(guān)的D01F(制作人造長絲、線、纖維、鬃或帶子的化學(xué)特征;專用于生產(chǎn)碳纖維的設(shè)備)和D01D(制作人造長絲、線、纖維、鬃或帶子的機(jī)械方法或設(shè)備)兩個(gè)小類中［6］，用碳纖維相關(guān)的關(guān)鍵詞進(jìn)行檢索，同時(shí)全面檢索了IPC中碳纖維及其制備技術(shù)的專門小組D01F9/12至D01F9/32，共檢索到2011年6月30日之前公開的與碳纖維制造技術(shù)相關(guān)的專利文獻(xiàn)16 051件。由于專利公開日期和數(shù)據(jù)收藏日期較之專利申請日期具有滯后性，因而2009—2011年專利申請的實(shí)際數(shù)量要大于統(tǒng)計(jì)的數(shù)量。

從圖1可看出，1985—2011年，碳纖維技術(shù)創(chuàng)新經(jīng)歷了2個(gè)高峰階段，第一階段是1985—1992年，經(jīng)過統(tǒng)計(jì)分析這一階段專利技術(shù)排名前3的IPC小組分別是D01F9/14(通過有機(jī)長絲的分解)、D01F9/145(從瀝青或蒸餾殘余物分解)、D01F9/22(從聚丙烯腈制造原絲或碳纖維)，其中D01F9/14約占此階段申請總量的36%。

圖1 全球碳纖維專利申請數(shù)量趨勢Fig.1 Worldwide numbers of patent applications for CF technology

隨著碳纖維材料的進(jìn)一步應(yīng)用，2001—2011年又迎來碳纖維專利申請的新高峰，這一階段專利技術(shù)排名前三的IPC小組分別是D01F9/12(碳纖維;專用于生產(chǎn)碳纖維的設(shè)備)、C01B31/02(碳的制備;純化)、D01F9/127(通過烴氣或氣化物的熱分解制造碳纖維)，其中D01F9/12約占此階段申請總量的33%，這表明這一階段的專利技術(shù)已經(jīng)不能被分類在IPC分類表中D01F9/12下面?zhèn)鹘y(tǒng)細(xì)分的IPC小組中，即這些技術(shù)可能是從不同于以往的角度進(jìn)行的創(chuàng)新。

1.2 專利申請受理公開國統(tǒng)計(jì)

從表1可看出，日本特許廳受理公開的專利數(shù)量最多，約占總量的36%，美國受理公開專利數(shù)量排名第二，約占總量的17%。而我國國家知識產(chǎn)權(quán)局(SIPO)受理公開的專利數(shù)量僅占總量的5%，在該領(lǐng)域的專利基數(shù)相對還很小。近年來，我國科技經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，越來越重視知識產(chǎn)權(quán)，該領(lǐng)域的專利申請量也快速增長，2001—2011年的專利公開量約占我國該領(lǐng)域?qū)＠_總量的86%，近年的公開量已經(jīng)逐漸逼近日本和美國。

表1 碳纖維制造技術(shù)專利受理公開局分布Tab.1 Patent office distribution of published patents on carbon fiber manufacturing technology

1.3 碳纖維技術(shù)專利主要申請人分布情況

從表2可看出，碳纖維技術(shù)專利的前15位申請人的機(jī)構(gòu)屬性都屬于企業(yè)，其中日本占了10家，美國占了5家。此外，占據(jù)前兩位的日本東麗株式會(huì)社和三菱麗陽株式會(huì)社擁有的專利數(shù)量約為排名第三的美國聯(lián)合碳化公司的2～3倍，二者的專利擁有量約占該領(lǐng)域?qū)＠麛?shù)量的10.3%。由于日本的公司和美國的公司錯(cuò)綜復(fù)雜的股權(quán)關(guān)系以及龐雜的公司架構(gòu)，因而要想真正摸清同一財(cái)團(tuán)掌握的專利數(shù)量是比較困難的，例如東邦泰納克絲株式會(huì)社屬于帝人株式會(huì)社旗下的子公司，三菱麗陽株式會(huì)社、三菱化學(xué)株式會(huì)社、日油株式會(huì)社等都同屬于三菱財(cái)團(tuán)成員企業(yè)。再加上同一企業(yè)申請專利時(shí)英文名稱和中文名稱的不一致和多樣性，使得外人較難了解其專利戰(zhàn)略布局。

表2 碳纖維制造技術(shù)專利的主要申請人Tab.2 Dominant patent applicants with the most carbon fiber manufacturing technology patents

表3統(tǒng)計(jì)了碳纖維專利數(shù)量前5名申請人的專利所屬IPC領(lǐng)域的前3位，根據(jù)專利所屬IPC分類號的類名和瀏覽相關(guān)專利可以看出［6］，東麗株式會(huì)社專利申請主要涉及聚丙烯腈(PAN)原絲和PAN基碳纖維的制造技術(shù)，例如中國專利CN101553511A;三菱麗陽株式會(huì)社的專利申請主要涉及前驅(qū)體碳纖維束和PAN基碳纖維相關(guān)的制造技術(shù)，例如中國專利 CN1566420A和CN102046676A，這兩家企業(yè)在21世紀(jì)碳纖維專利數(shù)量一直保持較高水平;聯(lián)合碳化公司的專利申請主要涉及瀝青基碳纖維和粘膠基碳纖維的制造領(lǐng)域，其專利申請主要集中在20世紀(jì)60，70年代，在20世紀(jì)80年代將其碳纖維部賣給Amoco公司之后，其在該領(lǐng)域的專利申請量急劇下降，1985—2011年的申請總量不到30件;海珀里昂催化國際有限公司的專利申請主要涉及利用催化劑催化反應(yīng)生產(chǎn)碳纖維或者碳納米管的技術(shù);昭和電工株式會(huì)社的專利申請則主要涉及利用烴氣等氣相生長方法制造碳纖維及制備相關(guān)導(dǎo)電制品的技術(shù)。

表3 申請量前5名申請人的主要?jiǎng)?chuàng)新IPC領(lǐng)域Tab.3 The key innovative IPC fields of top 5 patent applicants

2 碳纖維技術(shù)的中國專利分析

采用相似的檢索式在中國專利文獻(xiàn)檢索系統(tǒng)中檢索，共檢索到2011年6月30日之前公開的與碳纖維制造技術(shù)相關(guān)的中國專利文獻(xiàn)692件。由于專利公開日期和數(shù)據(jù)收藏日期較之專利申請日期具有滯后性，因而2010—2011年專利申請的實(shí)際數(shù)量要大于目前統(tǒng)計(jì)的數(shù)量。

2.1 中國專利的年度狀況分析

從圖2可以看出:1985—2000年，中國碳纖維專利的申請量相對較低，總共申請了89篇專利;而自2001年起，碳纖維制造技術(shù)相關(guān)的專利申請公開量快速增長，2001—2010的專利公開量為601件，相比1991—2000年期間的專利申請公開量增長了7倍多，而且現(xiàn)在仍然以超過10%的年增長率遞增。

圖2 中國碳纖維專利數(shù)量趨勢Fig.2 Numerical tendency of China carbon fiber patent application

從專利技術(shù)的領(lǐng)域來看，公開專利的IPC分類號統(tǒng)計(jì)前三名分別是D01F9/12(碳纖維;專用于生產(chǎn)碳纖維的設(shè)備)239件、D01F9/22(從PAN制作的碳纖維及相關(guān)設(shè)備)136件、D01F9/127(通過烴氣或氣化物的熱分解制作的碳纖維及相關(guān)設(shè)備)98件。

2.2 申請人國別分布和專利類型

在檢索到的碳纖維制造技術(shù)相關(guān)的692篇中國專利中，國內(nèi)申請人申請的專利為463篇，約占申請總量的67%，國外申請人申請的專利為229篇，約占總量的33%，但其全部為發(fā)明專利，僅從中國專利申請的數(shù)量考慮，在碳纖維領(lǐng)域中，我國擁有的專利數(shù)量已具備局部優(yōu)勢，這與我國近年碳纖維材料的大量使用及我國相關(guān)的產(chǎn)業(yè)政策有關(guān)，但從全球?qū)＠y(tǒng)計(jì)情況來看，這主要是因?yàn)閲獯罅康脑缙趯＠暾堄捎诩夹g(shù)保密等因素并未到中國來請求保護(hù)，國外相關(guān)企業(yè)對我國市場和技術(shù)學(xué)習(xí)能力還未給予足夠的重視，這也使得我國企業(yè)在利用外國早期申請的碳纖維專利技術(shù)方面有一定空間。在國外申請中，日本和美國申請人占了約80%，其他國家的具體分布參見表4。

表4 碳纖維申請人所屬國及專利狀況Tab.4 Patent status by carbon fiber patent applicant country

從表4還可以看出，碳纖維制造領(lǐng)域授權(quán)的專利(包括實(shí)用新型專利)共有381件，其中270篇屬于中國申請人，約占授權(quán)專利總量的71%，此外日本64件，約占授權(quán)專利總量的16.8%;美國26件，約占授權(quán)專利總量的6.8%。表4還顯示了發(fā)明專利申請的授權(quán)率，其中國內(nèi)申請人的專利總量較高，授權(quán)率為48.8%，基本相當(dāng)于該領(lǐng)域的平均授權(quán)率，但授權(quán)專利因欠費(fèi)導(dǎo)致權(quán)利終止的比例高達(dá)30%。在外國申請中，日本申請絕對數(shù)量占優(yōu)，其專利申請的授權(quán)率高于平均值，體現(xiàn)了日本在該領(lǐng)域的技術(shù)優(yōu)勢。從專利類型上來看，發(fā)明專利為606件，約占總量的88%，實(shí)用新型專利為86件，約占總量的12%，并且實(shí)用新型專利全部為國內(nèi)申請人擁有，一定程度上也反映出國外申請人相對更注重專利申請的質(zhì)量。

2.3 申請人分布統(tǒng)計(jì)

從表5看出，中國科學(xué)院山西煤炭化學(xué)研究所申請排名第一，其中發(fā)明36件(授權(quán)30件)、實(shí)用新型7件。需要注意的是，國外申請人在不同國家申請時(shí)由于譯名差異引起的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)差異，例如:東邦泰納克絲株式會(huì)社在中國進(jìn)行專利申請時(shí)，還有另一名稱“東邦特耐克絲株式會(huì)社”，由于該公司實(shí)際上屬于帝人株式會(huì)社的子公司，因而在本文的統(tǒng)計(jì)中將其專利數(shù)量合并計(jì)入帝人株式會(huì)社的專利數(shù)量。從表5還可以看出，我國專利申請人在國內(nèi)專利布局中已經(jīng)具備了數(shù)量優(yōu)勢，但這些專利基本掌握在高校院所等科研單位手中，缺乏應(yīng)用生產(chǎn)的核心技術(shù)，迫切需要企業(yè)在消化吸收國外先進(jìn)技術(shù)并融合自主創(chuàng)新的過程中將其產(chǎn)業(yè)化、工程化。

表5 碳纖維專利申請量前10名的申請人Tab.5 Top 10 patent applicants in carbon fiber patent application amount

2.4 重點(diǎn)專利布局分析

在市場機(jī)制引導(dǎo)下的專利制度保護(hù)措施可以向市場直接提供專利產(chǎn)品，還能通過向他人轉(zhuǎn)讓或許可使用專利技術(shù)，禁止他人仿造等措施增加專利技術(shù)的市場控制力?；诖耍梢哉J(rèn)為向科技創(chuàng)新能力強(qiáng)、產(chǎn)品市場容量龐大的多個(gè)國家同時(shí)申請保護(hù)的專利為重點(diǎn)專利，本文基于世界專利索引WPI的同族專利，統(tǒng)計(jì)分析了碳纖維制造技術(shù)中就相同或相近專利在中、美、日、歐同時(shí)請求保護(hù)的169件專利文獻(xiàn)的狀況。從表6可以看出:這169件專利文獻(xiàn)按照申請人國家擁有數(shù)量排名前三位的分別是日本88件、美國48件、法國13件，日本和美國占了其總量的80%強(qiáng);從申請人角度分析，重點(diǎn)專利申請數(shù)量前四名申請人都是日本企業(yè)，分別是昭和電工株式會(huì)社20件、帝人株式會(huì)社16件(含子公司)、東麗株式會(huì)社10件、三菱麗陽株式會(huì)社9件，顯示了日本在碳纖維領(lǐng)域的超強(qiáng)實(shí)力。而中國在該領(lǐng)域則沒有1件向中美日歐四局同時(shí)申請的專利，說明國內(nèi)專利申請人申請海外專利的意識薄弱，但也存在國內(nèi)企業(yè)市場經(jīng)營范圍小、技術(shù)水平落后等客觀因素。日本由于是傳統(tǒng)的貿(mào)易出口國，企業(yè)非常注重專利布局，經(jīng)常采用“產(chǎn)品未到、工廠未建、專利先行”的專利戰(zhàn)略，這已經(jīng)成為日美企業(yè)控制國際市場份額和打擊競爭對手方面的重要手段。

表6 碳纖維中美日歐共同申請專利的申請人所屬國分布Tab.6 National distribution of applicants of patents filed in US，JP，EP，CN

3 幾點(diǎn)建議

碳纖維及其相關(guān)產(chǎn)品屬高新技術(shù)產(chǎn)品，具有其他材料不可比擬的優(yōu)異性能，但我國碳纖維相關(guān)技術(shù)與國外相比落后幾十年，隨著我國經(jīng)濟(jì)的持續(xù)快速發(fā)展，碳纖維的市場需求與日俱增，發(fā)展我國的碳纖維產(chǎn)業(yè)具有重大的現(xiàn)實(shí)意義和戰(zhàn)略意義。因此，必須加快開發(fā)我國碳纖維相關(guān)技術(shù)。

(1)碳纖維的應(yīng)用經(jīng)常涉及國防和軍工，所以日、美等發(fā)達(dá)國家對特種碳纖維原絲制造技術(shù)高度保密。我國企業(yè)一方面應(yīng)利用各種渠道引進(jìn)最先進(jìn)的民用碳纖維技術(shù);另一方面，堅(jiān)持自主創(chuàng)新是發(fā)展我國高性能碳纖維的方向，我國科研院所和企業(yè)要在國家政策的支持下，充分利用國內(nèi)外已公開的專利技術(shù)，攻堅(jiān)核心技術(shù)，才能逐步擺脫我國高性能碳纖維基本依賴進(jìn)口的局面。國外碳纖維產(chǎn)業(yè)在20世紀(jì)90年代左右有一個(gè)創(chuàng)新高峰，由于世界上大多數(shù)國家發(fā)明專利保護(hù)期限是20年，這些超過保護(hù)期的失效專利對于我國相對落后的碳纖維產(chǎn)業(yè)發(fā)展還是非常有益的，應(yīng)加大對這些失效專利的技術(shù)應(yīng)用研究，在實(shí)踐應(yīng)用中跨越式發(fā)展改進(jìn)。

(2)重視外圍專利布局。近年來我國碳纖維技術(shù)的專利數(shù)量上升很快，但與日美等發(fā)達(dá)國家多年的技術(shù)積累相比還顯得很單薄，技術(shù)構(gòu)成也不全面。我國企業(yè)應(yīng)在研究碳纖維原絲工藝的同時(shí)，加強(qiáng)碳纖維外圍應(yīng)用技術(shù)(如預(yù)氧化、高溫碳化、表面處理、復(fù)合材料等碳纖維制品研究)的研究和專利布局。

(3)提高國內(nèi)碳纖維專利技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化和工程化程度。我國碳纖維制造領(lǐng)域60%的專利申請人是高校院所或個(gè)人，這種結(jié)構(gòu)不利于專利的轉(zhuǎn)化和運(yùn)用。因此，必須通過加強(qiáng)產(chǎn)學(xué)研轉(zhuǎn)化力度，發(fā)揮企業(yè)、高校和科研院所各自的優(yōu)勢，形成合力，促進(jìn)碳纖維專利技術(shù)的工程化和產(chǎn)業(yè)化。同時(shí)要逐步通過政策引導(dǎo)將創(chuàng)新的主體轉(zhuǎn)化為企業(yè)，因?yàn)槠髽I(yè)是最富有專利實(shí)施動(dòng)力的主體、對市場需求的反應(yīng)最為敏捷，專利技術(shù)通過企業(yè)才能轉(zhuǎn)化為實(shí)在的生產(chǎn)力。

(4)重視海外專利申請。目前我國碳纖維技術(shù)匱乏產(chǎn)業(yè)近年主要著眼于國產(chǎn)化，幾乎無法出口產(chǎn)品到國外。碳纖維技術(shù)在我國企業(yè)、高?？蒲袡C(jī)構(gòu)等技術(shù)力量的聯(lián)合攻關(guān)下，將取得更多的技術(shù)成果。這些技術(shù)的擁有人應(yīng)當(dāng)重視海外專利申請，保護(hù)自己的智力成果，充分利用專利制度將其商品化，進(jìn)一步通過交叉許可等方式為將來開拓國際市場保駕護(hù)航。

［1］黎小平，張小平，王紅偉，等.碳纖維的發(fā)展及其應(yīng)用現(xiàn)狀［J］.高科技纖維與應(yīng)用，2005，30(5):24 －30.

［2］姜潤喜.碳纖維的發(fā)展現(xiàn)狀［J］.合成技術(shù)及應(yīng)用，2010，25(1):29－33.

［3］賀福.碳纖維及其應(yīng)用技術(shù)［M］.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2004:1－2.

［4］侯培民.我國高性能碳纖維產(chǎn)業(yè)化發(fā)展［J］.合成纖維工業(yè)，2009，32(1):40－43.

［5］畢鴻章.2014年碳纖維市場將達(dá)到24億美元［J］.高科技纖維與應(yīng)用，2009，34(4):50.

［6］世界知識產(chǎn)權(quán)組織.國際專利分類表［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。

冀小強(qiáng)(1977—)，男，碩士研究生，副研究員，主要從事專利審查和專利信息化工作。E-mail:jixiaoqiang@sipo.gov.cn。