專利不僅是對(duì)創(chuàng)新知識(shí)產(chǎn)權(quán)的保護(hù)，同時(shí)也為行業(yè)發(fā)展提供客觀的大數(shù)據(jù)。筆者通過分析比較國(guó)內(nèi)外專利大數(shù)據(jù)，對(duì)當(dāng)前火熱的碳纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料進(jìn)行分析，梳理總結(jié)了碳纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料在汽車上的應(yīng)用。
碳纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料(CFRTP)
先進(jìn)的碳纖維增強(qiáng)塑料及熱塑性復(fù)合材料是近年來國(guó)際復(fù)合材料領(lǐng)域發(fā)展速度最快的高新科技前沿技術(shù)之一，是國(guó)內(nèi)外科研部門和材料企業(yè)都投入巨資和人力競(jìng)相開展研究、開發(fā)與應(yīng)用的一種高性能化、綠色環(huán)?；男虏牧稀?/div>
通過選擇原材料如碳纖維(CF)、熱塑性樹脂基體(plastics)和添加劑的種類、配比、加工成型方法、含量和碳纖維(單絲和編織物)鋪層數(shù)量與方式進(jìn)行多組份、多相態(tài)、多尺度的宏觀與(亞)微觀的復(fù)合成形過程(物理過程和化學(xué)過程)制備復(fù)雜結(jié)構(gòu)與性能的CFRTP新材料，并且可以根據(jù)產(chǎn)品要求進(jìn)行復(fù)合材料精細(xì)化結(jié)構(gòu)與預(yù)定化性能的智能化、自動(dòng)化、高效化的設(shè)計(jì)與精密生產(chǎn)制造，從而可使碳纖維復(fù)合材料達(dá)到不同物理、化學(xué)、機(jī)械力學(xué)和特殊功能，從而使各種CFRTP復(fù)合材料制品具有設(shè)計(jì)自由度大、尺寸穩(wěn)定、翹曲度低、抗疲勞、抗老化、耐蠕變等顯著優(yōu)點(diǎn)。CFRTP既可以部分替代價(jià)格昂貴的工程塑料和CFRP材料制品，也可以部分替代輕質(zhì)金屬材料(如鋁鎂合金)。
CFRTP具有：密度低(1.10-1.60g/cm3)、強(qiáng)度高、抗沖擊韌性好、抗疲勞性好，同時(shí)又具有可回收再循環(huán)使用、加工成型快、制造成本低的突出優(yōu)異特點(diǎn)。
主要分為三種類型：(1)短切碳纖維(SCF)增強(qiáng)型CFRTP；(2)長(zhǎng)碳纖維(LCF)增強(qiáng)型CFRTP；(3)連續(xù)碳纖維(CCF)增強(qiáng)型CFRTP，包括單向碳纖維增強(qiáng)熱塑性預(yù)浸帶CFRTP、碳纖維多相、多角度的編織物(布)增強(qiáng)型CFRTP。各種類型CFRTP具有不同的機(jī)械力學(xué)性能和功能特征，并且己經(jīng)開發(fā)與應(yīng)用于不同領(lǐng)域和行業(yè)的各種形式產(chǎn)品或制品。
先進(jìn)的碳纖維復(fù)合材料(包括CFRP和CFRTP)給汽車和零部件制造業(yè)帶來突出優(yōu)勢(shì)，可以表現(xiàn)在：
(1)輕量化：汽車輕量化最直接影響的就是節(jié)能、加速、制動(dòng)性能的提升。車重減小10%，油耗降低6~8%，排放降低5~6%，0-100km/h加速性提升8-10%，制動(dòng)距離縮短2~7m。
(2)安全性：車身輕量化可以使整車的重心下移，提升了汽車操縱穩(wěn)定性，車輛的運(yùn)行將更加安全、穩(wěn)定，具有極佳的能量吸收率，碰撞吸能能力是鋼的六到七倍、鋁的三到四倍，這進(jìn)一步保證了汽車行駛的安全性。
(3)舒適度：具有更高的震動(dòng)阻尼，輕合金需要9秒才能停止震動(dòng)，2秒就能停止，對(duì)于整車NVH(噪聲、振動(dòng)與聲振粗糙度)的提升貢獻(xiàn)同樣很大，會(huì)大幅增強(qiáng)汽車行駛的舒適性。
(4)可靠性：具有更高的疲勞強(qiáng)度，鋼和鋁疲勞強(qiáng)度是抗拉強(qiáng)度的30-50%，可達(dá)70-80%，材料疲勞可靠性有較大提升。
(5)提升車身開發(fā)水平：可設(shè)計(jì)性比金屬?gòu)?qiáng)，因此更易于車身開發(fā)的“平臺(tái)化、模塊化、集成化”。車身及金屬平臺(tái)的混合車身結(jié)構(gòu)對(duì)于傳統(tǒng)汽車車身結(jié)構(gòu)而言，可以做到大大減少零件種類，減少工裝投入，縮短開發(fā)周期。尤其對(duì)于新能源汽車企業(yè)，車身不僅可以節(jié)約沖壓、焊裝生產(chǎn)線及模、夾具的投入，減輕固定資產(chǎn)占資配比，優(yōu)化企業(yè)資產(chǎn)配置結(jié)構(gòu)，而且在市場(chǎng)宣傳上更具影響力。
縱觀奔馳、寶馬、奧迪等高端品牌汽車企業(yè)在產(chǎn)品線中的應(yīng)用布局，可以預(yù)見CFRTP新材料在汽車上的應(yīng)用必然成為未來發(fā)展方向。
國(guó)內(nèi)外專利大數(shù)據(jù)
碳纖維及復(fù)合材料產(chǎn)業(yè)是戰(zhàn)略性、基礎(chǔ)性的新材料產(chǎn)業(yè)，也是國(guó)際上高技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)的關(guān)鍵領(lǐng)域。相對(duì)國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家而言，該行業(yè)國(guó)內(nèi)的技術(shù)落后較大，產(chǎn)業(yè)發(fā)展整體水平低。
利用合享匯智信息科技incoPat大數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)(收錄了全球105個(gè)國(guó)家和地區(qū)及組織的1.2億件專利)，檢索出近三十多年來關(guān)于碳纖維(CF)增強(qiáng)塑料和熱塑性復(fù)合材料(CFRTP)開發(fā)及應(yīng)用的專利成果及原創(chuàng)核心專利影響因素排名發(fā)現(xiàn)，世界各國(guó)越來越重視CFRTP新材料及產(chǎn)品的研究、開發(fā)與應(yīng)用。
具體表現(xiàn)：
(1)近年來，申報(bào)的CFRTP新材料品種明顯增多，但原創(chuàng)核心專利基本都來自國(guó)外，特別是國(guó)外企業(yè)申請(qǐng)的專利都是最新、最核心、最原創(chuàng)的高技術(shù)專利，保護(hù)范圍廣泛且全面。
(2)具有“更輕、更強(qiáng)、更環(huán)保”的CFRTP輕量化應(yīng)用的零部件設(shè)計(jì)、制造技術(shù)己經(jīng)成為國(guó)際新材料工業(yè)未來發(fā)展的一個(gè)大趨勢(shì)。
國(guó)外申報(bào)的CFRTP新材料和應(yīng)用專利更趨向于民用產(chǎn)品，且越來越多，行業(yè)應(yīng)用廣泛。而國(guó)內(nèi)申報(bào)的CFRTP新材料專利中，原創(chuàng)核心專利基本沒有，產(chǎn)品應(yīng)用專利則明顯更少。
從專利大數(shù)據(jù)的分析和考察中，可以明顯發(fā)現(xiàn)，CFRTP和應(yīng)用核心專利數(shù)量最多的是日本東麗株式會(huì)社(公司)，約占51-54%；其次是日本三菱麗陽、東邦、帝人公司，約占17-22%；德國(guó)的SGL公司、巴斯夫公司等約占12-16%；美國(guó)的赫氏公司、氰特公司等約占8-9%；英國(guó)和法國(guó)公司等約占有4-6%；而中國(guó)的大學(xué)、中科院所、科技新材料以及企業(yè)所占有核心專利數(shù)量約占1-3%，應(yīng)用核心專利更是基本沒有。
總的來看，在CFRTP新材料和應(yīng)用領(lǐng)域，目前中國(guó)產(chǎn)業(yè)化仍然屬于落后狀況，必須加大人、財(cái)、物的投入，盡快趕上國(guó)外發(fā)展水平。
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碳纖維復(fù)合材料
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