回收碳纤维专利技术综述

回收碳纤维专利技术综述

综述目前碳纤维回收的主要方法，并以专利申请的视角，利用国家知识产权局专利局的CNABS数据库（中文数据库）和DWPI（外文数据库）对国内外专利申请的数量、专利申请的分布情况进行了分析。从而总结出我国回收碳纤维存在的问题和应对的措施。

标签：碳纤维；回收；专利分析

1 概述

碳纤维的回收主要是针对碳纤维增强塑料（CFRP）的回收再生或再利用，因为根据调查CFRP占据碳纤维市场的90%以上。随着CFRP用量的增加，其废弃物量也急剧增加，这一方面碳纤维价格昂贵，造成了资源浪费，另一方面碳纤维不可降解，造成了环境污染。数据表明，截止2012年我国复合材料CFRP废弃物的数量已经超过2000kt，每年还以100kt的速度增加。大量碳纤维废弃物已经成为阻碍碳纤维行业发展的突出问题，特别是随着国内废弃物处理相关法律法规的出台，CFRP的回收利用问题已经迫在眉睫。

2 碳纤维的主要回收方法

目前回收碳纖维主要采用的方法有高温热解法、氧化流化床法和超/亚临界流体法等。

2.1 高温热解法

热解法是目前唯一实现产业化运营的回收方法，这种方法是利用高温将复合材料中的树脂分解成有机小分子回收碳纤维。英国的Milled Carbon Fiber Ltd.是全球首家商业运营的专业回收公司，其采用的回收方法就是热解法。

2.2 氧化流化床法

氧化流化床法是一种利用高温的空气热流对CFRP的基体进行分解进而回收碳纤维的方法。英国诺丁汉大学、Jiang团队、Yip团队均对于氧化流化床工艺方法进行了研究，结果表明与原始碳纤维相比，回收纤维保留了大约75%的拉伸强度。

2.3 超/亚临界流体法

流体的温度及压力处于临界点或临界点的附近时，其具有类似液体的密度和溶解能力，类似气体的黏度和扩张系数。正是利用超/亚临界流体的特性，利用它们对有机材料强大的溶解力来分解CFRP基体从而回收碳纤维，该方法能在最大限度地保留碳纤维的原始性能的前提下，获得到干净的碳纤维。

3 回收碳纤维专利申请数据分析

首先，对1920年至2015年回收碳纤维技术的全球专利申请进行了统计分析，数据表明，在1971年出现了首件回收碳纤维领域专利申请，而1990年之前，有关回收碳纤维的专利申请非常少。从90年到95年，随着东丽、东邦、三菱丽阳等传统的碳纤维生产的大企业对碳纤维回收的重视，专利申请量出现了一个小高潮。直到2000左右，由于①国内外出台了一些法律法规，对废弃碳纤维回收处理做了严格的规定；②日本碳纤维产业联盟加大对CFRP的回收利用的研究；③在英国，增加复合材料的循环利用已经被列为复合材料产业可持续发展的三大主要目标之一；④德国也对碳纤维回收利用技术开展了研究等，回收碳纤维的申请量又迎来了一个高潮，仅在2000-2005年这五年内，回收碳纤维的申请量就达到了144件。之后，随着中国等专利申请大国对回收碳纤维研究的重视，从2006年开始，回收碳纤维的申请量以每年10件左右的速度逐年递增。

相应的对国内专利申请进行统计分析，数据表明，2005年前，回收碳纤维领域的申请量较少，为中国研究碳纤维的起步期，在这近20年里，国家逐渐开始重视碳纤维回收利用的研究。2006年至2011年，我国制定了碳纤维发展战略，关于回收碳纤维的研究也初有成效。因此，回收碳纤维领域的申请量也有所增加。2011年后，随着我国几个大型的碳纤维产业联盟的建立，我国回收碳纤维领域的申请了呈现井喷式的增长。

其次，对各国的专利申请数量进行分析，数据表明，从1920年至2015年，日本申请人的专利申请为329件，占专利申请总量的46.47%，排在第一位。中国申请人的专利申请为209件，占专利总量的29.52%，排在第二位，其次是美国、英国等。由此可见，日本企业在回收碳纤维领域出于领先地位。

此外，对全球主要申请人进行分析，数据表明，申请量最大的申请人日本的东丽公司，申请量为30件；该司是世界上最大的碳纤维制造商，也是日本最早进行回收碳纤维研究的公司。9个主要申请人中，日本公司有4家，中国有4个，美国有1个。排在前3的东丽、东邦和三菱丽阳，无论是技术上还是市场都占有主导地位。进而对回收碳纤维领域在华申请的主要申请人进行分析，数据表明，在来华的申请人中，国内申请人占有优势。排名前8位的申请人中，只有1位为国外申请人。但国内申请人的构成中主要是大学、研究院所和个人，只有两家企业。这说明，企业还未成为回收碳纤维研发的主力。

最后，对国内专利申请来源地分布进行分析，数据表明：除了北京、上海、广东、江苏、浙江等经济较发达的省份，辽宁、吉林、山东也进入了前8位，原因在于吉林市经济技术开发区已建成中国碳谷，即吉林省碳纤维高新技术产业化基地；山东省威海市建立了山东省碳纤维及复合材料产业技术创新战略联盟；2012年，辽宁省大连市成立“大连碳纤维及复合材料产业联盟”，与国内7个碳纤维企业和科研单位签订了战略合作协议；另外，江苏省已形成了碳纤维产业集群。以上碳纤维产业联盟的成立均促进了本省碳纤维研究的发展，进一步使回收碳纤维领域的申请量增加。

4 结语

近年来，在日本碳纤维产业联盟的启示下，组建产业联盟促进回收碳纤维产业的发展已经是政府和企业的共识。我国企业急需建立起抵御国外专利挑战的力量。一方面要整合各相关学科的科研机构、企业的研发资源，合作攻关回收碳纤维的生产难题；另一方面要注意专利分析和专利预警，加强我国回收碳纤维产业应对国外专利壁垒的能力。