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Carbon Fiber — From Polymer Precursor to the Strongest Textile Fiber on Earth
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20. 5月 2026FO
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Carbon Fiber — From Polymer Precursor to the Strongest Textile Fiber on Earth

In 1961, Dr. Akio Shindo at the Agency of Industrial Science and Technology in Osaka, Japan, discovered that polyacrylonitrile (PAN) fiber — a common textile acrylic — could be converted into carbon fiber by controlled heating in an inert atmosphere. The resulting fiber was 90–99% pure carbon, with a tensile strength exceeding steel and a density one-quarter that of steel. Toray Industries licensed Shindo's process and, after a decade of development, began commercial production in 1971. Today, Toray remains the world's largest carbon fiber producer, commanding approximately 30% of global capacity.

The transformation from PAN fiber to carbon fiber involves three thermal stages. Stabilization (200–300°C in air) oxidizes and crosslinks the PAN molecules, converting them from a thermoplastic to an infusible ladder polymer. Carbonization (1,000–1,500°C in nitrogen) drives off all non-carbon elements — hydrogen, nitrogen, oxygen — leaving a fiber that is over 93% carbon arranged in turbostratic graphite sheets aligned along the fiber axis. Optional graphitization (2,000–3,000°C) increases the carbon content above 99% and improves the elastic modulus, producing ultra-high-modulus fibers used in spacecraft and satellites.

Carbon fiber has a tensile strength of 3,500–7,000 MPa (versus 400–550 MPa for structural steel) and a density of only 1.75–1.95 g/cm³ (versus 7.85 for steel). This extraordinary strength-to-weight ratio has made it the dominant reinforcement fiber for high-performance composites in aerospace (Boeing 787 is 50% carbon fiber composite by weight), Formula 1 racing, wind turbine blades, sporting goods (tennis rackets, golf clubs, bicycle frames), and increasingly automotive structures. Global production exceeds 120,000 tonnes per year, with Toray, Toho Tenax (Teijin), and Mitsubishi Chemical as the three dominant producers — all Japanese, reflecting the technology's origins.

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