目前,全球范圍內與硅橡膠相關的專利申請數量達到20465項,并在2011年后重新呈現出快速增長態勢。了解硅橡膠全球和中國的專利態勢和技術方向,對國內硅橡膠行業的發展具有重要意義。
硅橡膠產品伴隨國防和軍工發展需要而誕生,因其高性能和高價格被認為是一種“貴族”產品。但隨著我國有機硅單體生產技術獲得突破,硅橡膠正由“貴族”變為“平民”,在各行業廣泛應用。
硅橡膠具有良好的彈性、優異的抗疲勞強度、良好的耐磨耗性和耐熱性等優點,在電子電器、造船、航空航天、汽車、農業、醫療衛生和日常生活等各方面應用廣泛。隨著我國有機硅單體生產技術獲得突破、產能出現過剩,硅氧烷價格達到歷史低位,此外有機硅材料的應用領域逐步擴展,使硅橡膠正在成為一種名副其實的高性價比材料。在產業發展過程中,專利始終伴隨著硅橡膠技術創新,并且在市場競爭中發揮著日益重要的作用。
經過了新一輪的寡頭企業重組兼并之后高性能硅橡膠領域的發展于近幾年出現新的轉機,尤其在中國其發展更為迅速,且發展了自己的特色硅彈性體類型(混煉型)。經過之前幾十年的積累,高性能硅橡膠領域目前依然是日、美、德等國保持著全球領先的地位,掌握著硅橡膠發展的主要方向;大部分關鍵專利技術仍然掌握在幾家巨頭企業手中,這幾年的不斷并購整合使它們的地位越發穩固。
我國在該領域起步較晚,各企業之間缺乏合作意識,對專利技術的認識不足等,導致了我國高性能硅橡膠的上游產能過剩,企業數量多、規模小、技術分散的現狀。但也應該看到,對我國的硅橡膠產業而言,近些年不斷有新的企業進入,專利申請量連年升高,為中國高性能硅橡膠的發展營造了良好的環境。
目前,全球范圍內與硅橡膠相關的專利申請數量達到20465項,并在2011年后重新呈現出快速增長態勢。了解硅橡膠全球和中國的專利態勢和技術方向,對國內硅橡膠行業的發展具有重要意義。
硅橡膠全球專利申請持續快速增長,中國地區的專利申請拉動明顯增速更快
全球硅橡膠產業相關的技術出現較早,1955年,硅橡膠專利申請開始出現。1998年開始,專利申請量開始穩定增長,從641項增長到2010年的795項。在經歷了近十年的成熟期平穩發展,2011年和2012年的申請量快速增長,分別達到998項和1146項。預計未來幾年將進入新的快速增長階段。中國硅橡膠在1995年之前,專利申請量較少。自1996年開始,硅橡膠領域的技術發展呈現出指數增長態勢,尤其近幾年的申請量更是連創新高,從專利申請來看未來仍將持續快速發展。
圖1 硅橡膠領域全球和中國地區專利申請趨勢
硅橡膠專利申請呈現區域集中特征,國內有機硅橡膠產業集聚區正逐步形成
從硅橡膠專利技術的來源區域分布看,日本的專利申請最多,為8817項,占到總申請量的44%;其次是中國的專利申請,共2618項,占到總申請量的13%;美國的專利申請為2558項。可見硅橡膠領域的發明創造比較集中,主要是在日本、中國、美國完成。短期內,日本、中國、美國和德國仍是硅橡膠專利技術主要原創區域。
圖2 硅橡膠領域全球和中國專利申請區域分布
各個國家也非常重視在中國的專利技術布局。在中國專利申請中,國外來華申請人的申請量達939件。國內申請量為1703件,江蘇、廣東、山東、安徽、浙江、上海、北京的專利申請量明顯高于國內其他地區。江蘇和廣東的專利申請量尤其突出,分別為326件和281件。以上七個省市的專利申請量總和占國內申請量的74%。中國的有機硅深加工及其應用,正在形成一批以高溫膠、液體硅橡膠、紡織助劑等有特色的企業和產業群,活躍在國內外市場,主要集中在廣東、江蘇、浙江和江西這幾個地區。
混煉型和加成型硅橡膠專利申請占比擴大,國內混煉型硅橡膠發展勢頭良好
全球專利申請中,混煉型硅橡膠領域的專利申請量最多,為5782項;加成型液體硅橡膠方面的專利申請量為5528項,縮合型液體硅橡膠方面的專利申請量為4944項。近幾年縮合型液體硅橡膠的專利申請比例下降明顯,混煉型硅橡膠和加成型液體硅橡膠方面的專利申請占比逐漸上升,說明技術研發者的關注點在逐漸轉移。中國專利申請技術領域分布中,混煉型硅橡膠的專利申請量為980件,占36%,明顯高于其他類型。國內對混煉硅橡膠的需求正以每年不低于20%的速度增長。加成型液體硅橡膠和縮合型液體硅橡膠申請量分別為773和678件,各占比29%和25%。白炭黑和基膠的申請量較低,均為132件。
圖3 硅橡膠領域全球和中國申請技術分布
國內申請和國外來華申請在技術側重點上略有不同,國內申請中最重視混煉型硅橡膠的申請,國外來華申請中最重視液體硅橡膠的申請。加成型硅橡膠高端技術主要應用在汽車高性能零部件、醫療用品領域,其要求的性能更高、各項指標更為嚴苛,對國內各家中小企業來講是個不小的挑戰。未來一段時間混煉型硅橡膠的發展勢頭明顯優于加成型和縮合型。
跨國巨頭仍然占據專利申請的優勢地位,國內申請人奮力追趕差距逐步縮小
從產業鏈上看,目前國內的硅橡膠企業可以滿足基本的終端行業需求;但是在高端、精細的制造領域,例如航天航空、軍事裝備等,國內很少能夠達到要求,大多數都賴于國際進口。雖然國內處于技術不斷提升的過程,部分企業的產能涉及從金屬硅到深加工的全產業鏈,但與國外先進水平依然存在較大差距。
圖4 硅橡膠領域全球和中國地區主要申請人
專利層面,硅橡膠技術集中度高:少數幾家跨國巨頭,如信越、道康寧、東芝硅株式會社、通用電氣(邁圖)和瓦克等,掌握著全球26%的專利量。國內申請人雖然技術力量普遍較分散,但2009年后情況呈現好轉,預計未來發展勢頭良好。藍星、江蘇天辰、山東大學等是國內的主要申請人。
業界更加關注硅橡膠的性能改善,電子電氣和汽車工業是未來主要應用領域
從中國消費市場上看,建筑/密封膠、電子電器和汽車領域是硅橡膠應用量最大的領域。而在專利層面,電子電器、電力電纜的申請量都遠大于土木建筑的申請量,汽車工業的申請量也略勝一籌。可預見,短期內建筑/密封、電子電氣/器和汽車領域仍是高性能硅橡膠應用量最大的領域,未來電子電氣/器和汽車工業或將成為高性能硅橡膠的主要消費市場。
圖5 硅橡膠領域中國專利申請應用領域與性能分布
技術上,硅橡膠的機械性、穩定性、粘合性、熱學及電學性質一直都是市場關注的焦點。目前市場上罕見關于硅橡膠環保性能如何提升的報道,但從專利層面來看,幾大熱門領域都在環保性能的提高上布局了一定數量的專利。可以預見的,隨著人們對周圍環境、對自身健康的關切度日益提高,總是如影隨形伴隨大家左右的硅彈性材料的環保性能必將備受關注。在電子電氣/器領域,硅橡膠發展勢頭良好,除常規性能要求外,高阻燃/耐火、光學、環保及流體等性能的電子電氣/器用硅橡膠將更受關注。在電線電纜領域,對電線電纜耐熱、耐火、阻燃、低煙及高絕緣性等要求較高。建筑領域對硅橡膠的性能要求集中于機械、穩定和粘合三方面,從長遠發展來看,縮合型硅橡膠或許依靠其優越的阻燃、環保性能成功從建筑行業升級。醫療領域的應用主要追求生物相容性、化學穩定劑、防腐性和獨特的感官等性能。
總體上,電子電器是混煉、縮合和加成三種類型硅橡膠共同的焦點,三類硅橡膠關于電子電器方面應用的申請量均較大,近五年專利申請量占總申請量的63.8%,且增長速度還在繼續提高。電力電纜是混煉膠的熱點發展方向4,近五年關于混煉膠在電力電纜方面應用的申請量高達77.2%,增速驚人。而中國幅員遼闊,人口眾多有大規模建設和改造電網的需求。縮合型硅橡膠近期申請量增速有所下降,但由于中國城市化進程的繼續,短期內土木建筑領域仍是其熱點應用重點。加成型硅橡膠,由于具備優異的環保性、生理惰性、質感等特有性能,在醫療/個人護理市場上具有不可替代性。
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