智能安全防护材料专利趋势分析.pdf

28IDEPTH深度智能安全防护材料专利趋势分析智能安全防护纺织品产业发展迅速，相关技术研究一直处于高热度状态文/明若曦、张建纲、高东辉、黄俊杰编辑/赵颖近年来，随着微电子技术、高性能纤维等技术的发展，智能化成为安全防护用纺织品的重点发展方向。经检索发现，全球有关智能安全防护纺织品材料的专利申请在近十年里骤增，截至2 0 2 3 年5月份，全球有关智能安全防护纺织品材料的申请量共计3 9 7 2 件，其中，国外申请有2568件，国内申请有1 4 0 4 件。从2 0 2 0年开始，中国的相关专利申请量已高于国外，可见中国开始重点发展智能安全防护纺织品材料技术，智能安全防护纺织品材料的应用市场在国内逐渐打开。具体来看，智能安全防护纺织品材料相关专利申请呈现怎样的趋势？国内外的研发方向有何不同？梳理这些问题有助于我国纺织企业加大该技术方向的专利布局力度，提前抢占市场。智能化成安全防护用纺织品重点方向安全防护用纺织品是指人们在日常生活、工作等环境中，为免受各种物理、化学或生物等因素的伤害而使用的纺织品，对保障人民生命健康、满足国家重大需求、提升经济发展质量和提高前沿科技创新能力有着重要的作用。纺织行业“十四五”发展纲要中也将应急与安全防护用纺织品列为高端产业用纺织品重点工程。传统安全防护纺织品采用“被动防护”机制，存在诸多局限，而智能安全防护纺织品融合纺织、电子、医学、计算机、物理、化学等多种技术于一体，能够“主动”对外部环境或内部状态的变化作出反应，能够更好地为航空航天、军队、公安、消防等提供生命保障。例如，英国纺织机构针对消防员在灭火救援工作中容易形成灼伤的问题，研制了一款防烫伤服装，将具有形状记忆的镍钛合金纤维进行加工并固定在服装内部，一旦接触高温，形状记忆纤维就会被激发，达到防烫伤的目的。随着微电子技术、高性能纤维等技术的发展，智能化将成为安全防护用纺织品的重点发展方向。根据现有研究，实现纺织品智能化主要有两种方式：一是可以引人电子信息材料，将微电子、信息、计算机等技术与纺织品的设计、加工相结合，采用直接嵌人或织造等方式，将柔性传感器等微电子产品植人防护纺织品内部，使其兼具电子信息技术特性和防护功能，同时还可由电子传感器主动反映及反馈所处的环境状况，使防护服装作出自我调节；二是可运用智能纺织材料，如形状记忆纤维、智能调温材料、变色纤维、抗菌纤维等，实现防护服装的监测、报警、定位、调节透气性和温度、自清洁、自愈合等功能，从而极大地提升防护服的防护性能、舒适性、易穿戴性能和使用寿命。专利申请全球热度攀升经incopat专利数据库检索发现，全球有关智能安全防护纺织品材料的专利申请在近十年时间里骤增，截至2 0 2 3年5月份，全球国外有关智能安全防护纺织品材料的申请量共计3 9 7 2 件，其中国外申请有2 56 8 件，国内申请有1404件。从总体申请趋势来看，全球有关智能安全防护纺织品材料的专利申请量在2 0 1 1 一2 0 2 0 年期间增速最快（见图1），在2 0 2 0 年的申请量最多，2021一2 0 2 3 年的申请量较少，原因可能为近两年申请的专利还未完全公开。国外其他国家有关智能安全防护纺织品材29料的研究起步较早，在2 0 11年以前，全球专利申请趋势增长缓慢；2 0 11年以后，相关专利申请开始快速增长，并于2 0 16 年达到峰值，此后一直处于高申请量状态，可见近年来，国外对于智能安全防护纺织品材料的研究一直处于高热度状态。从国内专利申请趋势来看，智能安全防护纺织品材料技术在2 0 15年以后才得到迅猛发展，且近几年相关专利申请量急剧增加，到2 0 2 0 年，中国的相关专利申请量已高于国外。可见中国开始重点发展智能安全防护纺织品材料技术，智能安全防护纺织品材料的应用市场在国内逐渐打开。国内市场后来居上通过对检索到的专利文献公开地图1智能安全防护纺织品材料专利申请趋势国外中国一一全球600500-40030020010019901992199419961998200020022004200620082010201220142016201820202022数据来源：incopat专利数据库，以下同。图3中国不同地区的专利申请量排名（Top10)江苏374浙江178广东41山东上海北京福建河南安徽湖北0域进行统计分析发现，中国虽然在智能安全纺织品材料领域的起步较晚，但近年研究投人较多，发展较快，相关专利申请量已跃居全球第一位（见图2），占全球申请量的36%；其次是美国，占比17%；韩国和日本分别占比10%和6%，说明中国、美国、韩国和日本是智能安全防护纺织品材料重要的应用市场。此外，通过PCT途径和欧洲专利局申请的专利分别占全球申请量的12%和6%，说明该领域专利在全球市场占有一定份额。图3为中国不同地区的专利申请量排名。由图可知，关于智能安全防护用纺织品材料的专利申请主要聚集在沿海地带，尤其是江苏和浙江，这主要是由于江浙沪的纺织行业发达，许多纺织企业和高校均进行自主研究，并且注重中国1404,36%图4 全球重要申请人排名（Top15）耐克集团三星电子飞利浦公司英特尔集团东华大学宝洁公司SILVERAYCO LTD苏州大学江南大学6150494850知识产权布局保护。全球范围内龙头企业暂未出现图4 为智能安全防护纺织品材料全球重要申请人排名（Top15）。由图可知，在全球申请人中，耐克集团、三星电子和飞利浦公司在智能安全防护用纺织品材料方面的专利申请量占据全球专利申请的前三名。对这三家企业的相关专利进行分析发现，耐克集团的相关专利申请主要集中在个人智能防护装备方面，主要研究柔性传感器在安全防护纺织品中的应用；三星电子主要是对柔性传感器的生物新型采集技术进行研究；飞利浦公司则是对电子信息材料在智能安全防护纺织品中的应用进行研究。从整体来看，各申请人相关专利图2 智能安全防护纺织品材料专利地域分布美国,6 6 9,17%世界知识产权组织，443,12%一韩国374,10%日本，2 4 4,6%欧洲专利局(EPO),240,6%德国，111,3%其他，38 9,10%513528201816151414PILOTINKCO LTD14研能科技股份有限公司11IMMERSIONCORPORATION10加州大学麻省理工学院上海罗莱家用纺织品有限公司100150专利量（件）9720025030035040001020专利量（件）3040506030DEPTH深度申请总量虽然略有差距，但数量均不高，除耐克集团外，其余申请人的相关专利申请量均不足50 件，说明本领域在全球市场中暂未形成龙头企业。图5为国内重要申请人排名（Top10）。由图可知，在国内申请中，居首位的是东华大学，其专利申请量到达了18件，主要研究方向为智能安全防护纺织品材料的制备和应用。其次是苏州大学和江南大学，专利申请均为14 件，其中苏州大学的研究方向主要为形状记忆纤维在热防护纺织品中的应用；江南大学的研究方向主要为形状记忆纤维、电子信息材料的制备和应用。在中国排名前十的申请人中，高校及科研院所占6 0%，企业申请人占40%，说明中国在智能安全防护纺织品材料领域的研究多处于实验理论阶段，产业化应用还有待加强。重点发展方向与应用领域图6 为全球有关智能安全防护纺织品材料的专利技术分布情况。如图所示，在全球有关智能安全防护用纺织品材料的专利申请中，涉及电子信息材料相关的专利申请最多，有16 0 2 件，占全球专利申请量的36%；其次为形状记忆纤维专利，有9 16 件，占比2 1%；智能调温材料专利共有8 37 件，占比19%；抗菌纤维专利共有56 5件，占比13%；变色纤维专利共有4 8 7 件，占比11%。从国内外智能安全防护纺织品材料专利申请分布情况来看，我国在智能安全防护纺织品材料方面的优势在抗菌纤维和智能调温材料领域，相关专利申请量分别为4 0 7 件和6 2 6 件，而国外在相关领域的专利申请量分别为158 件和2 11件，远低于国内。国外在智能安全防护纺织品材料方面的优势则体现在形状记忆纤维、电子信息材料和变色纤维等领域，相关专利图5国内重要申请人排名（Top10）东华大学苏州大学江南大学上海中大科技发展有限公司南通蛇类治疗研究所武汉纺织大学上海罗莱家用纺织品有限公司苏州康孚智能科技有限公司天津工业大学中山市鑫跃科技有限公司0图6 全球智能安全防护纺织品材料专利技术分布变色纤维11%电子信息材料抗菌纤维36%13%智能调温材料19%形状记忆纤维21%（抄）鲁唑车39691变色纤维申请量分别为7 0 3件、134 3件和39 6 件，远高于国内。按产品应用领域和用途分类，安全防护用纺织品可分为抗冲击纺织品、防割防刺纺织品、热防护织品、防生化纺织品、防辐射纺织品、电防护纺织品等。图7 为全球有关智能安全防护用纺织品材料专利应用领域分布。由图可知，在全球智能安全防护用纺织品材料的专利申请中，用于热防护纺织品的专利申请量最多，共有137 4 件专利申请，占比38%；其次为防生化纺织品，18141410986624407158抗菌纤维6626211智能调温材料有9 4 2 件专利申请，占比为2 6%；抗冲击纺织品的专利申请量有52 0 件，占比14%；电防护纺织品、防刺防割纺织和防辐射纺织品的专利申请量分别为326、2 4 6 和2 2 2 件，占比分别为9%、7%和 6%。现代安全防护纺织品的发展更倾向多一体化、多功能化，如热防护纺织品除阻燃阻热功能外，还常伴有抗静电、防辐射、防生化等功能。由于各智能材料的特性不同，因此具有不同防护功能的纺织品在智能材料的选取上侧重也不810专利量（件）213形状记忆纤维1270314电子信息材料161343#国内国外259182031图7 全球智能安全防护用纺织品材料专利应用领域分布热防护纺织品电防护纺织品防生化纺织品防辐射纺织品抗冲击纺织品防刺防割纺织品700-织品6%防辐射纺纺织品7%防刺防割600电防护纺织品9%500-482400333300231200120100900形状记忆纤维同。图7 展示了智能安全防护纺织品材料在各防护领域的应用情况。如图所示，形状记忆纤维、智能调温材料、变色纤维多用于热防护和防生化纺织品中；抗菌纤维主要用于防生化纺织品中；电子信息材料则多用于热防护、防生化和抗冲击纺织品中。我国产业化应用有待加强智能安全防护纺织品产业发展迅速，相关技术研究一直处于高热度状态。中国虽然起步相对较晚，但后来者居上，在本领域专利申请量已跃居全球首位，在抗菌纤维和智能调温材料方面的专利申请量远超国外，但在变色纤维、形状记忆纤维和电子信息材料方面的专利申请量与国外还有较大差距。我国企业可进一步加大抗菌纤维和智能调温材料技术领域的研究力度，保持自身领先地位，同时可加大变色纤维、形状记忆纤维和电子信息材料的研发投入，力争赶超国外。在申请人方面，国内外主要专利申请人专利申请数量均不高，仅耐克集团的专利申请有51件，其它申请人均其是跟踪重点企业的产品情况，分析其产品的优缺点及对自身产品或研发是否会产生影响，及时获知其技术研发动向，来为自身产品开发与技术创新提供思路565护品38%热防护防抗冲击纺只品14%3913642041289487智能调温材料参考。同时，对于本领域已进入公共领域的技术成果，特别是国内外重点申请人的专利技术，企业可以考虑加以吸收、职品2 6%防生化纺26416813910081534649电子信息材料不足50 件，说明本领域暂未形成龙头企业。中国排名前十的申请人中，高校和科研院所占比高达6 0%，超过企业申请人，说明我国在智能安全防护纺织品领域的研究多处于实验理论阶段，产业化应用还有待加强。从应用领域来看，形状记忆材料、智能调温材料、变色材料多用于热防护和防生化纺织品中；抗菌材料主要用于防生化纺织品中；柔性传感器则多用于热防护、防生化和防弹防爆纺织品中。由于未来安全防护纺织品的发展更倾向多一体化、多功能化，本领域申请人可进一步加强形状记忆纤维、智能调温纤维、电子信息材料和变色纤维在电防护、防生化、防辐射、抗冲击和防割防刺纺织品中的应用研究；加强抗菌纤维在热防护、电防护、防辐射、抗冲击和防刺防割纺织品中的应用研究；同时可进一步开发多智能纺织材料融合的多功能智能纺织品，如开发融合了形状记忆纤维、智能调温材料、电子信息材料和抗菌纤维的智能阻燃抗菌调温的热防护纺织品等。企业在生产经营活动中，应及时关注领域内新产品或新方法的动向，尤创造、再利用，节省研发成本，加快研发进度，同时避免重复研发造成的资源浪费。189整体来看，随着全球应急与安全120896250453923变色纤维防护装备产业和智能纺织品产业的发4220抗菌纤维展，智能安全防护纺织品未来将在纺织产业中获得更大的发展空间，具有广阔的应用前景和市场发展潜力。我国企业应加强在本领域的专利布局，尤其是加强在电子信息材料、形状记忆纤维、变色纤维等热点技术方向的专利布局。此外，变色纤维和抗菌纤维在智能安全防护纺织品领域的专利申请量较少，还有较大的布局空间，我国申请人应加大在该技术方向的专利布局力度，提前抢占市场。防科【参考文献1材料创新赋能安全防护用纺织品行业高质量发展一第七届中国安全防护纺织服装产业创新发展论坛近日在西安举行 N/OL.(http:/ N/OL.(https:/ C.“新世纪积极调整产业结构，发展化纤新技术，新产品”学术年会.2 0 0 2.4张荫楠.智能安全防护用纺织品的研究和应用新进展.纺织导报.2 0 17(S1):94-103.（作者工作单位系北京三聚阳光知识产权代理有限公司)