從角度分析國內外碳纖維之發展（上）
碳纖維（Carbon fiber）是一種含碳量超過90%的高強度、高模量纖維狀高分子材料，一般是由母體纖維（聚丙烯腈或粘膠絲等）在1 000～3 000℃高溫的惰性氣體下經過碳化和石墨化等工藝制得。在制備過程中，除碳以外的其他元素幾乎完全被除掉，只留下片狀石墨微晶沿纖維軸向方向堆砌。因此，碳纖維既具有碳材料的強抗拉力，又具有纖維材料的柔軟可加工性。“輕而硬”、“輕而強”的特點使其在航空航天、汽車、能源與儲能以及文體用品等領域具有廣泛的應用前景。據相關機構統計，2009年碳纖維復合材料的需求價值約為108億美元，預計到2015年該數值將增至186億美元。如此巨大的市場前景以及在軍工領域的關鍵作用，使碳纖維早已成為炙手可熱、具有政治敏感性的關鍵新材料。
從1959年美國聯合碳化物公司（unio Carbide Corporation）以粘膠絲為原料制備碳纖維，到1961年日本大阪工業技術實驗所和日本東麗公司（Toray）相繼開發和改進聚丙烯腈基碳纖維，再到1965年以后日本群馬大學和美國聯合碳化物公司分別成功開發瀝青基碳纖維，幾十年來，碳纖維領域的關鍵技術一直被日本和美國的公司所壟斷。其中，日本東麗公司、日本東邦特奈克絲公司（Toho Rayon）和日本三菱人造絲公司（Mitsubishi Rayon）表現為突出，這3家公司碳纖維的產能之和約占總產能的78%。
作為目前大、的碳纖維生產商，東麗公司不僅在碳纖維原絲領域具有很強的壟斷地位，更是在航空航天領域居于絕對領導地位，是波音公司長期的穩定也是主要的供貨商。除此之外，美國的赫克賽爾公司（Hexcel）、美國阿莫科公司（Amoco）、美國阿克蘇公司（AKZO）、美國卓爾泰克公司（Zoltek）、美國阿爾迪拉公司（Aldili）、德國西格里公司（SGL）、臺灣的臺塑公司以及新近發展起來的韓國Hyosung公司、印度Kemrock公司、土耳其AKSA公司和沙特阿拉伯的Sabic公司等也是碳纖維領域的有力競爭者。縱觀，碳纖維領域競爭可說是異常激烈。
我國在碳纖維方面的研究工作可以追溯到20世紀60年代，與幾乎同步。然而經過幾十年的發展，我國碳纖維在生產和使用方面可以說仍處于起步階段，與國外先進水平存在巨大差距，大致相當于國外20世紀80年代的水平。國內碳纖維的產量不到碳纖維總產量的1%，而國內碳纖維的用量90%以上依賴進口。受到國產原絲質量低等因素的制約，國內碳纖維產品主要以小絲束低檔產品為主，產品強度低、均勻性和穩定性較差。國內碳纖維生產企業也普遍存在規模小、主要以加工原絲為主、缺乏核心競爭力等短期內難以改變的問題。另外，碳纖維被視為重要的戰略物資，2005年后國外對華實施嚴格的禁運，此舉更是嚴重制約了我國碳纖維產業的發展。
為了改變落后局面，滿足國內軍工和民用產品對高性能碳纖維的需求，我國政府在《戰略性新興產業發展“十二五”規劃》中對包括碳纖維在內的高性能纖維產品進行了立項和重點部署，提出要積極研制高性能、高質量的碳纖維產品。眾多碳纖維研究項目或千噸級產業化項目紛紛啟動。2010年，由碳纖維工程技術研究中心、碳纖維制備及工程化工程實驗室和碳纖維制備技術工程實驗室提議的“碳纖維及其復合材料產業技術創新戰略聯盟”（簡稱“碳纖維聯盟”）在北京正式成立。吉林省和山西省還相繼建立了吉林碳纖維高新技術產業化基地和山西太鋼高端碳纖維基地。這些都標志著隨著政府對碳纖維在國民經濟中的重要性的認知度越來越高，我國碳纖維產業鏈條下的科技研發即將呈現出快速發展的勢頭。
然而必須清醒地認識到，我國在制備高性能碳纖維以及發展相關下游產品方面還有很長很艱難的路要走。經過多年的發展，當我國企業終于實現T300級碳纖維及其原絲的國產化時，面對的卻是以日本公司為的國外碳纖維企業的惡意降價傾銷，降價比例高達50%，此舉無疑給我國企業帶來了沉重打擊。此外，以日本東麗公司為代表的國外企業根據市場發展的需求，已決定逐步淘汰T300級碳纖維，轉而發展抗拉伸強度達到4000～5000MPa、價格卻與T300級碳纖維基本相當的新品種。
鑒于大絲束碳纖維性價比較高，國外企業也開始發展大絲束碳纖維，如T600s、T700s、T700G等，這些對整體實力還相對較弱的我國碳纖維企業來說也是嚴峻的挑戰。國外企業對技術和設備嚴格保密，通過以市場為導向的知識產權保護策略、“內外交錯”的申請布局不斷強化其在的壟斷地位。我國碳纖維企業不僅要在技術上竭力追趕，還要注意在技術布局與產品研發之前規避潛在的知識產權糾紛和隨之而來的巨大損失。
因此，本文跟據湯森路透公司（ThomsonReuters）開發的數據庫（Derwent Innovations Index，DII）所收錄公開的碳纖維數據，借助TDA分析軟件（Thomson data analyzer）、excel等工具，對國內外碳纖維相關進行分析，從的角度揭示國內外在碳纖維發展方面的區別或差距，以期為我國政府、科研院所和企業制定碳纖維發展計劃、選擇技術發展路線和進行布局等提供重要依據。
一、碳纖維技術態勢分析
1、數量逐年變化情況
圖1顯示了碳纖維技術數量逐年變化情況。從1966年件碳纖維出現到2014年7月11日，DII數據庫檢索到已公開的碳纖維30 897件。由于公開日期和數據加工進入數據庫日期與申請日期相比一般存在十幾個月的滯后，因此2013年和2014年的實際數量應大于圖中所顯示的數量，在這里僅供參考，不予討論。
1991年之前，碳纖維數量較少，每年保持在在幾件到十幾件的水平。隨著碳纖維技術研發的不斷深入，以及對其市場潛力認知度的不斷提升和知識產權保護意識的不斷加強，從20世紀90年代開始，碳纖維數量進入快速增長階段。盡管個別年份（如2002年和2003年）碳纖維數量出現小幅下降，但整體仍呈現快速發展的態勢。到2012年，申請量達到歷史高的4 559件。從數量的直觀表現不難看出，碳纖維技術研發與產業開拓一直保持很高的熱情，相關企業和科研院所沒有因為一時的技術瓶頸或一時的經濟困境而大規模退出該領域的競爭。由此可以推斷從范圍來看，未來相當長一段時間內碳纖維技術仍然會是受到熱烈關注且競爭激烈的焦點所在。
圖1 數量逐年分布情況
（美編：數量/件）
2、（地區）分布情況
碳纖維技術領域的申請遍及40多個、地區和國際組織，數量排名前9的優先權如圖2所示。一般情況下申請人會優先選擇在本國進行申請，然后再向其他遞交申請，因此優先權可以粗略反映其所在技術創新與市場開發的綜合水平。碳纖維技術研發比較活躍的主要有、日本、美國、韓國和德國。這5個的數量占到了總量的94%。
值得注意的是，優先權為的數量為12173件，超過日本排名第1。作為碳纖維技術領域的領導者，日本掌握著碳纖維領域眾多核心技術與設備，并擁有東麗、東邦、三菱等業內一流企業，其數量多不難理解。而優先權為的數量遠遠超過日本，可能的原因有：一是其他十分看重碳纖維市場，為了獲取巨大的商業利益而在大量申請積極進行布局；二是企業在本土申請了大量，但考慮到碳纖維技術與產品現狀，如此巨大的數量背后可能是良莠不齊的質量。
為了進一步研究數量如此之多的原因，筆者統計了優先權為的排名前20的權人，結果如表1所示。排名前20的權人全部來自國內，其中12個為本土企業和科研院所，8個為個人。其數量占據了總量的15%以上。由此可見，在申請的碳纖維絕大多數來自本土研發力量。隨著社會對碳纖維重視程度不斷提升，各相關機構投入了大量的人力物力，研發熱情高漲，申請呈現快速發展態勢。同時也可以看到，由于與國外企業存在巨大技術差距，國外企業在進行布局的熱情并不高。
圖2 主要和地區數量分布,美編：數量/件
表1 碳纖維技術領域主要權人分布
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