我国碳纤维产业专利战略研究

摘要：本文从专利的角度对我国碳纤维领域的技术情况进行分析，了解了碳纤维在我国的申请量、技术生命周期、地域分布情况、IPC技术领域情况及趋势、主要的竞争机构情况和申请机构类型情况等等，通过对碳纤维领域专利情况的分析，找到技术壁垒并提出相应的对策建议。

关键词：碳纤维 专利分析 专利战略

1 概述

碳纤维是一种由碳元素组成并且含碳量高于90%的无机高分子纤维，除具有密度低、强度高、模量高、重量轻、抗辐射、耐腐蚀、稳定性强等特点之外，还具有良好导电导热性、柔软易加工等优异性能。使它被广泛应用于航空航天、国防军事等尖端领域以及高级体育用品、基础设施、运输工具、环保和医疗器械等民用工业[1]。碳纤维有两种分类，一种是根据力学性能可分为通用型、高性能型碳纤维；另一种是根据原丝类型可分为粘胶基、沥青基和聚丙烯腈（PAN）基碳纤维。目前，全世界碳纤维生产中以聚丙烯腈基碳纤维为主[2]。

在《国家战略性新兴产业发展“十二五”规划》中，国家对包括碳纤维在内的高性能纤维产品在工业领域应用发展进行了立项和重点部署，积极研制高性能、高质量碳纤维产品，并不断拓展其在能源、军用、建筑、航空航天、环保、汽车、造船、民用等方面的应用[3]。新材料产业蕴藏着巨大的潜力，已成为世界各国及区域优先发展的战略重点，新材料产业将成为我国高新技术领域中重点支持和发展的产业，因此本文通过对碳纤维产业专利情况的分析与研究，旨在了解目前我国碳纤维产业专利的申请情况，并找出技术壁垒，制定相应的专利战略。

2 数据来源

本文所有数据来自国家知识产权局数据库，以1985-

2013年2月间，关键词为碳纤维的专利为研究对象，共获得专利申请量7897条，其中发明专利4431条；实用新型专利3367条；外观设计专利99条。因为专利从申请到公开有18个月的滞后期，使得大量专利还处于未公开状态，所以2012、2013年数据还会有所变化，仅供参考。

3 专利分析

本文将对在华申请专利的总体趋势、区域、IPC技术领域、主要竞争机构四个大类进行专利文献信息的计量分析。①总体趋势分析包括：申请年、公开年的总体趋势分析；技术生命周期包括技术生长率分析、技术衰老系数分析、技术成熟系数分析、新技术特征系数分析。②区域分析是中国专利申请省份对比分析。③IPC构成分析包括IPC分布和趋势分析。④主要竞争机构分析包括机构构成、机构趋势、机构IPC分布及中国专利申请机构类型分析。

3.1 总体趋势

3.1.1 总体申请趋势

我国是从20世纪70年代开始研究碳纤维技术，从1975年开始，碳纤维的研究和开发被列入国家攻关项目，国家的重视和市场的潜力使得我国碳纤维的开发研究逐渐进入了发展时期。从图中的数据可以看出，我国在碳纤维领域取得了相当大的进展，从1985年-1990年专利申请数量几乎为零，从1991年开始专利申请数量呈指数增长，主要是因为碳纤维材料的优异性能被人们所认识，人们对碳纤维技术也开始进行大力的研发。从2000年开始，专利申请数量出现了明显的递增趋势，2011年专利申请数量达到了顶峰，为1409件，碳纤维仍处于专利申请的高速发展阶段，碳纤维产业的自主研制已初具规模。碳纤维技术的研发工作已经得到了充分的重视，人们也逐渐意识到对知识产权的保护。研发水平及产业化规模已成为衡量一个国家经济社会发展、科技进步和国防实力的重要标志。

从1985年开始，到2011年，申请量一直大于公开量，2012年公开量反而大于申请量，申请量和公开量曲线出现交汇，说明该项技术的增长速度出现了减缓的趋势，遇到了一些技术壁垒。

3.1.2 技术生命周期

专利技术生命周期分为四个发展阶段：技术萌芽期、技术发展期、技术成熟期和技术衰退期。从图中可以看出技术生长率、技术成熟系数、技术衰老系数和新技术特征系数随时间的变化情况。

技术生长率表示的是发明专利申请或授权量占过去五年总量的比率，技术生长率基本在0.2-0.4之间，说明新材料技术二十多年来一直保持长期稳定的技术生长，新的技术、新的发明不断出现，新材料技术具有良好的发展轨迹。技术成熟系数表示的是发明专利申请或授权量占发明和实用新型授权总量的比率，技术成熟系数一直保持在0.4-0.8之间，从2000年开始一直保持在0.6左右，可以看出，新材料技术的发明专利在该领域总的专利申请量中保持了较高的比例，该技术处于良好的增长期。技术衰老系数表示的是发明和实用新型专利的申请和授权量占发明、实用新型和外观设计总量的比率，技术衰老系数在2009年之前均为1，说明在固态照明领域没有外观设计方面的专利，申请量为零，人们都积极在发明和实用新型方面申请专利，该项技术没有表现出陈旧的迹象，技术发展力十分旺盛。2011和2012年小于1，但因为专利申请到授权有18个月的滞后期所以2011年到2012年的数据暂不分析。新技术特征系数表示的是该项技术新兴或衰老的综合指标，值越大，新技术特征越强，预示它越具有发展潜力。技术成熟系数和新技术特征系数是成正比的，这表明一个领域的新技术的出现，可以使该领域逐渐走向成熟。

根据以上对新材料技术领域技术生命周期的分析，我们认为，新材料技术是一项具有良好的发展历史与背景，而且在未来的发展过程中将保持较快的速度，具有很好的发展潜力与前景。

3.2 区域分析（见图3）

图3中显示的是排名前20位的省份申请的专利数量情况，排名前三位的分别是江苏省1027件；辽宁省838件；上海590件。江苏省已经成为我国碳纤维领域专利申请第一大省，这与该地拥有中复神鹰等多个碳纤维复合材料生产大型公司有关。而辽宁省据第二位是由于鞍山钢铁集团、大连晓健集团均在此申请的专利。吉林省排在第20位，为152件，属于中游水平，说明吉林省还应该加强在碳纤维领域的研发投入力度，提高科技创新能力和加快成果转化。

3.3 IPC技术领域分析

为了更深入地了解碳纤维领域专利的研发重点，我们利用IPC（国际专利分类号）来做技术分类统计分析。国际专利分类号（IPC）将专利分为“部、大类、小类、大组、小组”五个级别，下面从构成和趋势方向考察1985-2012年间在华申请的专利分布情况。

3.3.1 IPC构成

碳纤维具有高强度、高模量、耐腐蚀、耐高温、耐疲劳、导电、传热、抗蠕变等特性，属典型的高新技术产品，主要用于制备先进复合材料（ACM），已广泛应用于宇航、体育用品、工业、交通运输及土木建筑等领域。

从图4中可以看出，排名前十名的IPC分类中，H部（电学）和B（作业；运输）部类最多，可见碳纤维领域申请的专利都是与电力和材料有关的技术领域。从IPC小类的技术领域上看，申请量最高的是H05B小类（电热和其他类目不包含的电照明），有538件专利；其次是D01F小类（碳纤维的制备领域），有专利397件。具体分类说明见表1。

3.3.2 逐年趋势分析（见图5）

从专利IPC小类逐年申请量统计结果可以看到，2000年以前碳纤维各个领域的发展还处于一个比较缓慢的阶段，2000年以后开始迅速发展，尤其是2009年之后迅猛发展。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H05B（电热；其他类目不包含的电照明）为主要发展领域，此外，C08L、H01B、H01M领域也有较快发展，主要体现在高分子化合物的组合物和介电材料等应用领域。

3.4 主要竞争机构分析

3.4.1 主要竞争机构构成

从图6中可以看出排名前十位的主要申请人情况，其中外国的机构有日本的昭和电工株式会社，该企业的产品涉及化学、无机和电子信息等领域，在碳纤维领域也有所涉及。虽然只有日本一家企业在华申请专业，这已经说明日本很重视中国的市场，更加重视对知识产权的保护。中国的高等院所有哈尔滨工业大学、东华大学、北京化工大学、上海交通大学和武汉理工大学五家高等院校，占前十名的一半，高校在注重知识产权保护的同时更应该加强对科技成果的转化，以促进碳纤维产业的发展。河南科信电缆有限公司申请的专利数最多，为134件；其次是肖忠渊以个人名义申请专利109件。

3.4.2 主要竞争机构趋势

图7显示的是前十位的专利权人逐年申请专利的情况，各申请机构的申请量都是从2005年以后开始上升，增长幅度缓慢，2012年达到了顶峰，尤其是河南科信电缆有限公司的申请量为117件。肖忠渊以个人名义申请的专利量在2006-2007年出现一个小高峰，共申请专利99项，肖忠渊被称为“碳纤维之父”，2000年自主研发了国内第一条碳纤维生产线，在2008年成立了三河天久实用科技有限公司，全力推进碳纤维及其高性能复合材料产业化，致力于将三河基地建成“中国碳谷”。

3.4.3 主要竞争机构IPC

图8中显示的是排名前十位的专利权人对前十位IPC小类的专利申请情况，以掌握我国碳纤维产业的主要专利权人的技术差异。从图中可以看出，东华大学、北京化工大学和昭和电工株式会社在专用于碳纤维生产设备（D01F）方面申请的专利比较多；海南科信电缆有限公司在电缆、导体、绝缘体、导电、绝缘或介电材料的选择（H01B）方面申请的专利比较多，达到62件；肖忠渊主要致力于在电热、其他类目不包含的电照明（H05B）和专用于生产碳纤维的设备（D01F）这两个分类中申请专利。

3.4.4 中国专利申请机构类型

由图9可以看出，在碳纤维领域主要的专利权人以工矿企业为主，为2894件，占到总数的42%；其次是个人拥有2008件专利，大量的个人参与碳纤维的专利申请，说明我国的碳纤维专利成果应用量还显不足；大专院校拥有1477件专利，大专院校主要从事科学研究，应该和企业联合开发，促进产学研合作，使更多的科研成果应用于生产，促进碳纤维产业的发展。

4 总结和建议

4.1 我国碳纤维领域专利现状总结

通过对我国碳纤维领域的专利进行分析，详细了解了碳纤维领域的申请量、申请趋势、区域分布、IPC构成及主要竞争机构的情况。从申请量上看，碳纤维领域的专利申请数量逐年呈递增趋势；从技术生命周期看，碳纤维技术属于发展期，在发展过程中保持较快的速度，具有很好的发展潜力和前景；从区域分布看，排在前三位的分别是江苏省、辽宁省和上海；从IPC技术领域看，碳纤维专利主要集中在电热和用于生产碳纤维设备的领域；从主要竞争机构看，工矿企业和个人申请的专利数最多，尤其是河南科信电缆有限公司专利申请数量最多134件，其次是肖忠渊以个人名义申请的专利109件。

4.2 我国碳纤维领域专利战略的建议

专利作为知识产权的重要组成部分，在我国碳纤维产业发展中起着越来越重要的作用，以专利权形式表现出的技术创新成果将成为衡量我国碳纤维产业发展水平和潜力的重要指标[4]。专利战略的制定与实施也将在很大程度上影响我国碳纤维产业在国内外市场上的竞争力，因此，我国碳纤维产业要想在国内外市场竞争中获得优势地位，就要根据我国碳纤维产业的发展环境，研究设计适合其自身特点和发展现状的专利战略。

4.2.1 建立健全知识产权体系

当前我国碳纤维产业专利不多、质量偏低，有一部分原因是因为有的企业或个人不想投入资金去搞研发，而是采用剽窃、抄袭等手段来获得利益，针对这一情况我国应建立起一套完善的知识产权保护体系，做到有法可依，依法严厉打击不正当的剽窃和抄袭等行为，使研究人员切身感受到它们的知识产权是得到法律保护的[5]。

4.2.2 在碳纤维产业内部建立专利保护联盟

为了增加碳纤维产业的整体竞争实力，应在产业内部形成专利保护联盟，以争取在国际竞争中的优势地位。专利保护联盟是由产业内部的在技术上具有一些竞争优势的企业联合起来，通过专利共享战略建立某一类产品的行业标准，从而严格控制了此类产品的生产及销售，进而控制了生产此类产品的企业[6]。

4.2.3 突破核心技术，加大新产品研发

在外部资源运用上，应以市场需求为导向，不断地丰富碳纤维产品品种和系列，以改善产品结构为重点加大新产品开发，突破核心技术，及时开发适应市场的产品[7]。

4.2.4 构建自主创新公共技术平台

我国政府应起到牵头作用，集成整合碳纤维领域的科研院所和企业等各方科技资源，建立产学研自主创新平台，根据我国碳纤维领域专利情况，找出我们的优势项，给以鼓励政策使其保持良好势头[8]。

我国碳纤维产业链日趋完善，受益于庞大的内需市场，技术研发成果接连涌现，生产企业投资热情高涨，我国碳纤维产业市场潜力巨大、发展前景广阔[9]。

参考文献：

[1]胡学东.复合碳纤维制备技术及毫米波衰减性能研究[D].南京理工大学，2008（6）：6-7.

[2]张晓燕.碳纤维、碳纤维复合材料的检测盒研究[D].首都师范大学，2008（5）：1-2.

[3]王占国.我国新材料产业的发展[J].求是，2005（20）：54-56.

[4]戚昌文，邵阳.市场竞争与专利战略[M].华中理工大学出版社，1995：2-4.

[5]王福兴.基于专利分析的我国汽车电子技术状况研究[J].汽车工业研究，2011（3）：24-25.

[6]杨京玺.哈尔滨市新材料产业专利战略研究[D].哈尔滨理工大学，2007（3）：68-71.

[7]李瑞军.吉林石化碳纤维厂发展战略[D].吉林大学，2009（5）：55-58.

[8]傅长青，颜祥林.专利信息在高新技术产业专利战略中的作用分析[J].情报探索，2006（2）：103-105.

[9]周嵩林.国内碳纤维材料的生产现状[J].泸天化科技，2011，3：222-225.

基金项目：

吉林省科技发展计划项目（项目编号：20121619）。