炭素繊維とは何か？この「素材のスター」をこれほど優れたものにしているのは何でしょうか？

Time: 2025-09-28

炭素繊維といえば、あなたも聞いたことがあるかもしれません―― ニュースロケットの矢、高速鉄道の車体、ドローン、レーシングカーのシェル、さらには高級バドミントンラケットにもその姿が見られる。この「黒い技術」満載の素材は、一体何なのか？今日は最もわかりやすい言葉で、「素材界のスター」をご紹介します。

炭素繊維、要するに「超強力な炭素の細丝」

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簡単に言えば、炭素繊維とは炭素含有量が90％以上に達する無機高分子繊維のことです。金属でもなければプラスチックでもなく、「炭素の結晶」、つまりポリアクリロニトリルやアスファルトなどの有機繊維を特殊な工程で高温炭化させ、不純物を取り除くことで形成される黒い繊維です。

外観: 直径はわずか5〜10マイクロメートル（人間の毛髪の約1／10）で、見た目は黒い綿糸やウールのように見えるが、触ると鉄線よりもはるかに「硬い」。

特徴： 「軽量・高強度・耐性・安定性」

（1）強度は鋼鉄の7〜9倍、靭性はガラス繊維をはるかに上回る；
(2) 密度はわずか1.7g/cm³で、アルミニウムよりも軽量（アルミニウムの密度は2.7g/cm³）
(3) 耐熱性が高く（2000℃以上では溶けない）、耐腐食性に優れ（酸・アルカリを気にしない）、非導電性（特殊処理により導電性を持たせることも可能）。

性能「オンとオフ」：馬鹿みたいに軽く、しかし驚くほど硬い

カーボンファイバーの偉大さはすべて、以下の3つの核心的利点によって「裏付けられている」：

（1）羽のように軽いが、鋼鉄より強い：

密度はわずか1.7-2.0g/cm³（鋼鉄の1/4、アルミ合金の2/3）でありながら、引張強度は3000-7000MPaに達し（鋼鉄の10倍以上）、指一本ほどの太さのカーボンファイバーロープで数トンの車を吊り上げることができる。

（2）剛性が爆発的に高く、岩のように安定：

弾性係数（剛性の指標）は200-600GPaに達し、力がかかった際にほとんど変形しない。これを衛星の支持構造に使用すれば、宇宙空間でも正確な姿勢を維持できる。

（3）「耐環境性」の特性が完全に発揮：

高温耐性（不活性雰囲気下で2000℃まで耐える）、酸・アルカリ耐性（海洋環境で数十年間腐食しない）、疲労に強い（繰り返しの力でも破断しにくい）。これに対して金属は「敗北を認める」しかない。

なぜ炭素繊維は「国家戦略物資」と呼ばれるのか？

炭素繊維の製造は極めて難しく、世界で高品質な炭素繊維を大量生産できる国はごく限られている（主に中国、日本、アメリカ）。これは高度製造業の「基盤」であるだけでなく、航空宇宙や国防安全といった核心分野とも深く関係している。

たとえば軍事分野では、炭素繊維を用いてステルス戦闘機の機体（電波吸収）やミサイル本体（軽量化による射程延長）を製造できる。新エネルギー分野においては、風力発電のタービンブレードが長いほど発電効率が高くなるが、100メートル級の巨大ブレードを支えられるのは炭素繊維だけである。
近年、中国の炭素繊維産業は急速に飛躍し、輸入依存から独立した大量生産を実現し、さらに一部の分野（風力発電、スポーツ用品など）では世界市場で支配的な地位を占めるまでになった。