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탄소섬유 (炭素纖維, carbon fiber)는 주로 흑연 구조를 가진 탄소로 이루어진 섬유이다. 탄소 섬유도 흑연과 같이 가늘고 긴 판상 구조로 되어 있다는 점에서 같다. 유기 섬유를 소성(燒成)하여 거의 탄소만 남긴 섬유를 통틀어 일컷는 말이다. 그래파이트 모양의 탄소로 된 섬유. 아크릴 섬유를 질소 속에서 1000~2000℃로 가열·변형시켜 탄소화해 만든다.

탄성과 강도가 크기 때문에 흔히 철보다 강하고 알루미늄보다 가볍다. 원료에 따라 폴리아크릴로니트릴(PAN)계, 피치계, 레이온계로 분류된다. 특성 때문에 산업 전반에서 활용되고 있다지만 제법 비싼 소재로 알려져 있었다.

탄소 섬유 에 플라스틱을 지어 붓는 형식으로 오토바이 머플러 덮개나 경주용 자동차 몸체 등 여러가지 응용된 제품이 있으나 아직 많이 발전된 단계는 아니다.

日도레이, 다임러와 손잡아 일본의 화학업체인 도레이와 독일의 다임러가 자동차용 탄소섬유 소재를 공동 개발하기로 했다고 니혼게이자이신문이 2010년 4월 28일 보도했다. 개발된 탄소섬유 신소재는 2012년부터 다임러가 만드는 메르세데스벤츠에 적용 예정이다.

일본 화학섬유 기업들이 세계 자동차 업계와 협력해 탄소섬유 및 원료 개발에 박차를 가하고 있다. 2010년 5월 3일 니혼케이자이신문에 따르면 전기자동차용 탄소섬유 차체용를 공동개발하기 위해 일본 미쯔비시(三菱)레이온은 독일의 대형 소재기업 SGL 그룹과 합작회사를 설립하였다.

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