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连续玄武岩纤维国内专利技术解析(二)

连续玄武岩纤维作为21世纪新型绿色环保纤维,因它比玻纤更具超高强力学强度、耐高温、耐化学腐蚀、隔热、隔音、良好的透波吸波和环保性能等而倍受人们的青睐,国外研究成果和生产实践已充分证实了该纤维在很大程度上完全可替代玻纤、碳纤维和石棉来实现其制造航天、石化、建筑、汽车、电子、冶金等多领域、多用途的增强材料。而国内玄武岩纤维的研发生产才刚刚起步,技术尚未成熟,主要专利技术还只是停留在玄武岩纤维制造和设备上,对于连续玄武岩纤维制品应用开发及其增强材料的制造技术更显得相对薄弱。下面列举目前在国内公开的几项有关用玄武岩纤维产品制造增强材料的专利技术:
 
玄武岩纤维产品应用的公开专利技术揭示与文献链接:
 
 
公开(告)号
申请日
公开(告)日
 申请(专利权)人及发明人
专利名称
  1
CN1699707
2005.03.24
2005.11.23
金泽工业大学; 石川岛建材工业株式会社等(日本)
 
主要技术内容
发明涉及一种混凝土衬砌块,其将玄武岩纤维等补强纤维制成薄片状得到的补强用薄片或网状纤维结构物被埋设在混凝土衬砌块的表面部分(2a、2b)或棱角部。
  2
 CN1421310
2001.11.28
2003.06.04
周献刚;颜茵茵(广东深圳)
 
主要技术内容
特征在于采用玄武岩纤维作为增强材料,选用不饱和聚脂树脂或环氧树脂、乙烯基树脂等基体材料,通过排纱、浸渍、入模、固化、牵引和切割等五个主要工序,用拉挤工艺制造高性能复合材料门窗。
  3
CN1421351
2001.11.28
2003.06.04
周献刚;颜茵茵(广东深圳)
 
主要技术内容
该方法包括采用经过表面处理的玄武岩纤维无捻粗纱为增强材料,采用不饱和聚酯树脂及促进剂等辅助材料,使用喷射设备进行胶衣喷涂,凝胶,再进行树脂与纤维混喷积层的喷制,然后固化、脱模或选用经表面处理的玄武岩纤维增强材料,如玄武岩短切纤维毡、无捻粗纱、无捻粗纱方格布等,选用聚酯树脂或环氧树脂及其他辅助材料,将加有固化剂树脂混合料和玄武岩纤维增强材料手工逐层铺放,层合至设计厚度,然后固化成型。
  4
CN1424868
2001.12.08
2003.06.18
周献刚;颜茵茵(广东深圳)
 
主要技术内容
该方法采用层压成型技术,原材料采用经表面处理的玄武岩纤维布或玄武岩纤维薄毡作为增强材料;树脂采用改性酚醛树脂、环氧树脂等;原材料还包括铜箔、铜箔胶。辅助材料包括固化剂和促进剂等。生产设备包括反应锅、冷凝器、真空泵等制胶系统,浸胶机,层压成型用热压机组,剪板机等。其工艺过程为浸胶、叠合、铺模、压制、剪裁等五个工序。
  5
CN1426888
2001.12.15
2003.07.02
周献刚;颜茵茵(广东深圳)
 
主要技术内容
该方法主要原材料是经偶联剂表面处理过的玄武岩纤维增强材料和热固性树脂类基体材料,辅助材料有引发剂、固化剂、交联剂、石英砂、阻燃剂、抗静电剂及光稳定剂等构成,由制作内衬、缠绕、修整、脱模四个工序制成。另一种制造方法用卷管成型工艺制造管道,卷管成型管道是以玄武岩纤维布作增强材料制作定长管;卷管成型工艺采用的材料是玄武岩纤维平纹布或玄武岩纤维人字纹布、酚醛类不溶性树脂。
  6
CN1287955
CN1287198
2000.11.03
2000.10.13
2001.03.21
2001.03.14
尚德库(天津)已授权
尚德库(天津)已授权
 
 主要技术内容
发明涉及一种玄武岩-白云石复合纤维纸制备法。其主料为玄武岩-白云石复合纤维及纤维纸干浆,由玄武岩-白云石复合纤维20-63wt%;纤维纸干浆37-80wt%;辅料为松香胶、明矾、滑石粉组成。该复合纤维纸在原料用量上可节省自然资源达63%,可用作家具贴面纸、墙壁装饰纸、文教纸、包装纸和各类纸板,具有抗腐蚀、耐高温、防火、吸湿变形小和强度高等物理性质。
 
连续玄武岩纤维国内专利技术统计分析:
 
笔者在国家知识产权局《中国专利数据库》专利文献检索基础上(检索策略:玄武岩 and 纤维),从专利统计分析角度,对玄武岩纤维相关度较高的专利文献信息数据进行挖掘剖析,从中对该纤维产品专利技术在我国的申请情况、技术领域分布等总体发展情况作简要分析。
 
1.  从年度专利申请量角度分析:
 
 
 
图1揭示了在国内申请有关玄武岩纤维制造方法、工艺设备及其产品应用的专利数量随不同年代的发展趋势。
图中我们不难发现1990-1996年间,国内几乎没有玄武岩纤维相关专利。上世纪七八十年代国内虽有研发单位曾研发过玄武岩纤维,但其研究始终未果,也无相应玄武岩纤维生产工艺及设备的专利技术申请公开。这段时期笔者认为是我国玄武岩纤维开发的迷茫期,它与发达国家如俄罗斯、乌克兰等对其主要用作军工、航天领域的玄武岩纤维及其制品制造方法采取严密的技术封锁、技术垄断手段息息相关,也与1995年乌克兰KRAVCHENKO ANATOLIJ VASILEVICH等人才申请公开民用连续玄武岩纤维制备工艺专利的时间接点相吻合。之后在研究国外先进的专利技术基础上,1997-1999年三年间国内仅产生了4项专利申请,这段时期笔者认为是我国玄武岩纤维开发的萌发期。而跨入21世纪,随着全球高新技术与产业飞速发展以及连续玄武岩纤维研发高潮的到来,俄罗斯、乌克兰、美国、日本等少数几个发达国家某些企业开发玄武岩纤维及其制品的专利技术相继公开,以及他们跨国间合作开发与工业化生产,给中国玄武岩纤维研发增添了新活力和助动力,在此六年间出现了两个专利申请的小峰值(即2000年、2004年分别有7项和4项专利申请),期间共有 23项涉及玄武岩纤维制造方法、工艺设备及其产品应用的专利申请,笔者认为这段时期是我国玄武岩纤维开发的发展期。虽然这段时期有了一些专利技术, 但国内真正能实现玄武岩纤维生产的企业却屈指可数。随着我国高新技术产业化发展进程的逐步深入、政府对重点项目研发生产及产业化相关政策的扶持支助以及行业研发人员的创新努力,相信在不久的将来(约10至15年间),我国玄武岩纤维开发应用将会全面进入一个崭新的、成熟发展的鼎盛期,这段时期内的专利申请也将会出现大幅增长的趋势。
 
2.   从公开专利申请人角度分析
 
表1:列举了十年来国内有关玄武岩纤维专利申请人、申请人地址及申请件数的分布情况
 
专利申请人
专利名称涉及内容
申请件数(件)
周献刚;颜茵茵(广东深圳)
纤维应用
4
深圳国际技术创新研究院(广东深圳)
纤维制造方法及设备
2
北京融商网信电子技术开发有限公司(北京)
纤维制造设备
2
横店集团上海俄金玄武岩纤维有限公司(上海)
纤维制造装置
2
南京玻璃纤维研究设计院(南京)
纤维制造设备
2
尚德库(天津)
复合纤维制造方法
2
玄武岩纤维复合材料科技发展有限公司(香港)
纤维制造方法及设备
2
深圳俄金碳材料科技有限公司(广东深圳)
纤维制造设备
1
哈尔滨工业大学深圳研究院(哈尔滨)
纤维制造工艺方法
1
G·P·多曼诺夫(俄罗斯)
纤维制造方法及设备
1
学校法人金泽工业大学(日本石川县)
纤维的应用专利
1
华电(蓬莱)铸石有限公司(山东蓬莱)
纤维制造方法
1
鸡西市梨树区人民政府(黑龙江鸡西)
纤维生产工艺
1
南京双威科技实业有限责任公司(南京)
纤维制造设备
1
宁波环宇耐火材料有限公司(宁波)
纤维应用
1
营口市建筑材料科学研究所(辽宁营口)
纤维制造方法及设备
1
李洪安(辽宁营口)
纤维制造方法及设备
1
李国斌(北京)
纤维制造方法及设备
1
李广信(黑龙江鸡西)
纤维制造设备
1
合计
 
28
 
从上表中,我们发现国内玄武岩纤维公开专利的申请人主要集中在广东深圳地区,其次是上海、北京、天津、南京等地。国外如俄罗斯、日本也有相关专利在国内申请,但数量很少。而且列表中的专利主要涉及玄武岩纤维制造方法和设备,有关该纤维应用研究或其增强复合材料的制造方法相对较少。由此可见,国内的相关研发技术与成果仅停留在玄武岩纤维工艺生产、设备改进等方面,对该纤维增强复合材料的研究显得相当薄弱。
 
3.   从年度专利申请类型分析:
 
 
图2显示了我国近十年来有关玄武岩纤维制造方法、工艺设备及其产品应用的专利申请类型。发现该专利申请中以发明专利为主,共21件,约占全部专利申请的75.0%,其中有5项是由国外发明人参与,以跨国合资企业为申请人在境内申请的发明专利。实用新型只有6件,约占比例为21.4%,而通过PCT程序申请的专利(来自于俄罗斯G·P·多曼诺夫; L·G·阿斯拉诺娃等发明人)为发明专利,仅有1件,占全部专利申请的3.5%。从国内已拥有的技术水平和研发重心角度分析:笔者认为现阶段开发玄武岩纤维的主要核心技术应该着眼于在国外先进的制造技术和工艺设备上做大量的自主创新,进而逐步扩大玄武岩纤维制品的应用范围,并着力加大各领域用的玄武岩纤维增强材料研发力度,以提高产品质量,提升竞争实力,获得技术含量更高而自主成分更多的专利申请。从发明专利年代分布趋势来看,近几年我国开发玄武岩纤维在工艺技术、设备改进等方面虽有所起色,但其申请发明专利和实用新型专利数量太少、增长幅度不明显,这显然表明该技术仍处于初级阶段,在工业化生产和市场应用方面尚未实现较大突破。从PCT申请的情况来看,1997年通过PCT程序进入中国的发明专利申请仅为1件,表明目前国内该纤维研发技术水平相对较低,与发达国家先进技术水平距离还甚远,尚未引起国外厂商重点关注。这显然对我们企业研发人员是一个极佳的发展契机,应及时把握机遇,抓紧重点开发,快出成果专利,以获得最大利益权利保护。
 
4.    从公开专利技术分类分析:
 
3:有关玄武岩纤维及其产品制造方法及设备等国内专利分类分布情况
 
 
因为,玄武岩纤维产品被誉为21世纪可替代玻璃纤维、碳纤维和石棉等材料的新型环保纤维,它的加工技术与传统的玻纤加工技术有相似之处。图3中的专利申请分类号(C03B)主要以玄武岩纤维制造、成型及辅助工艺为主,申请件数占全部申请数的58.6%(一半以上),其次为B29C、H05K大类各占6.9%,B65D、B65D、C03C、C04B、D01F、D21H、E04C、F27D等类各约占3.5%,各大分类号的技术含义见下表2。
 
表2:国际专利分类号技术含义对照说明
 
IPC分类
申请件数所占比例 (%)
分类号(IPC)技术含义
C03B
58.6
玻璃、矿棉或渣棉或其替代品(玄武岩纤维)制造、成型及辅助工艺;
B29C
6.9
塑料(包括复合材料)成型或连接、已成型产品后处理等;
H05K
6.9
印刷电路;电设备的外壳或结构零部件;电气元件组件的制造;
B63B
3.5
船舶或其它水上设备;
B65D
3.4
用于物体或物料贮存或运输容器或所用附件、配件、元件等;
C03C
3.5
玻璃、矿物或矿渣制成的纤维或细丝表面处理或其材料的接合;
C04B
3.4
石灰、氧化镁、矿渣、水泥、混凝土及其组合物处理;
D01F
3.5
制作人造长丝、线、纤维化学特征、专用生产碳纤维设备等;
D21H
3.4
浆料或纸浆组合物;
E04C
3.5
结构材料、建筑材料;
F27D
3.4
一种以上炉通用的炉、窑、烘烤炉或蒸馏炉零部件或附件;
 
 
国内虽有上述与玄武岩纤维相关的专利技术, 但目前真正能实现玄武岩纤维生产的企业却屈指可数。2002年,我国已正式将“连续玄武岩纤维”列入国家863计划,承担该课题项目的深圳俄金碳材料科技有限公司(由深圳黄金屋真空科技有限公司与俄罗斯一家军工材料研究院合资组建的)和大型民营企业横店集团等3家股东于2003年12月联合成立了横店集团上海俄金玄武岩纤维有限公司重点开发生产连续玄武岩纤维。行业内研发人员和政府决策部门已真正感悟到开发玄武岩纤维及其制品应用前景相当广阔, 研发意义尤为深远。最近,国家发改委正在制定中长期发展规划,其中在《中国化纤工业发展战略研究报告—高新技术纤维分报告》(草案)中已经明确将连续玄武岩纤维与将碳纤维、芳纶、超高分子量聚乙烯纤维一并列为我国中长期要重点发展的四大高新技术纤维。由此,该纤维必将成为我国未来10至15年间极富挑战力、能改变现有玻纤、碳纤维和石棉等复合材料格局的一种新型高新技术纤维。
 
 
 
 
 
 
 
参考文献:
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
13.  国外专利RU2033977  GLASSMELTER  (AD: 1992-08-07  PD: 1995-04-30) 
       KRAVCHENKO ANATOLIJ VASILEVICH (UA);
 
14. 国内专利CN1566005、CN1609024、CN1830861、CN1789187、CN1237948、CN1281828、CN1272561、CN1230526、CN1263058、CN1696070、      CN2773071、CN1513782、CN1562832、CN2421287、 CN2421285、CN2516548、CN2449169、CN1699707、 CN1421310、CN1421351、CN1424868、CN1426888、CN1287198等
 

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