Den primære anvendelse af kulfiber involverer at kombinere det med matrixmaterialer-såsom harpiks, metaller eller keramik-for at skabe strukturelle materialer. Kulfiber-forstærkede epoxykompositter kan prale af den højeste kombinerede specifik styrke og specifikke modulmål blandt alle aktuelt tilgængelige strukturelle materialer. Kulfiberkompositter giver betydelige fordele på områder med strenge krav til tæthed, stivhed, vægt og træthedsegenskaber, såvel som i miljøer, der kræver høj-temperaturbestandighed og enestående kemisk stabilitet.
Kulfiber dukkede op i begyndelsen af 1950'erne som svar på kravene fra banebrydende videnskabelige og teknologiske sektorer-specifikt raketteknik, rumudforskning og luftfart. Siden da er dets applikationer udvidet bredt til at omfatte sportsudstyr, tekstiler, kemiske maskiner og det medicinske område. Da banebrydende-teknologier stiller stadig strengere krav til ydeevneegenskaberne for nye materialer, er forskere og teknologer blevet drevet til konstant at stræbe efter forbedringer. I begyndelsen af 1980'erne begyndte høj-ydeevne og ultra-høj{10}}kulfiber at dukke op efter hinanden; dette markerede endnu et teknologisk spring fremad og signalerede, at forskningen og produktionen af kulfiber var kommet i et fremskredent stadium.
Kompositmaterialer dannet ved at kombinere kulfiber med epoxyharpiks er blevet avancerede rumfartsmaterialer på grund af deres lave vægtfylde, høje stivhed og enestående styrke. Dette er af afgørende betydning, fordi for hvert kilogram vægt, der reduceres i et rumfartøj, kan løftefartøjet, der kræves til at løfte det, lettes med 500 kilo. Derfor er luft- og rumfartsindustrien i kapp med at adoptere disse avancerede kompositmaterialer. For eksempel bruger en bestemt type lodret start og landing (VTOL) jagerfly af kulfiber til en-fjerdedel af dets samlede flyskrogsvægt og en-tredjedel af dets vingevægt. Rapporter tyder på, at nøglekomponenterne i de tre raketforstærkere i den amerikanske rumfærge, såvel som affyringsrørene til avancerede MX-missiler, alle er fremstillet ved hjælp af avancerede kulfiberkompositter.
I Formel 1 (F1) racing er størstedelen af en bils karrosseristruktur konstrueret af kulfibermaterialer. High-sportsvogne bruger også ofte kulfiber i udstrakt grad i hele deres krop for at forbedre både aerodynamisk effektivitet og strukturel integritet. Kulfiber kan forarbejdes til forskellige former, herunder stoffer, filt, måtter, tape, papir og andre materialer. I traditionelle applikationer-udover dets anvendelse som et termisk isoleringsmateriale-bruges kulfiber sjældent i sin selvstændige form; i stedet tjener det typisk som et forstærkningsmiddel tilsat matrixmaterialer såsom harpiks, metaller, keramik eller beton for at skabe kompositmaterialer. Kulfiberforstærkede-kompositter kan tjene som strukturelle materialer til fly, elektromagnetisk afskærmning og statiske-dissipationsmaterialer og biomedicinske erstatninger-såsom kunstige ledbånd-og derved udvide deres anvendelse på tværs af forskellige scenarier i den menneskelige krop. Desuden bruges de til fremstilling af rakethuse, motorbåde, industrirobotter, bladfjedre til biler og drivaksler.
I januar 2026 inkorporerede tog på Jingxiong Express Line (der forbinder Xiong'an New Area til Beijing Daxing International Airport) banebrydende-teknologier-inklusive kulfiberkompositter-for at etablere et intelligent drifts- og vedligeholdelsessystem.
Også i januar 2026, inden for forbrugerelektroniksektoren, begyndte visse produkter at bruge kulfiberkompositter i fly--kvalitet til konstruktionen af deres enhedskroppe.
Den 7. december 2022 blev det rapporteret, at Kina med succes havde opsendt Kuaizhou-11-raketten med fast brændsel, hvis hele strukturen var konstrueret ved hjælp af kulfiberkompositter.
I 2025 indeholdt nyttelastbeklædningen til Tianlong-3-fartøjsraketten-planlagt til dens jomfruflyvning af Tianbing Technology-også en kompositkonstruktion af kulfiber.
Kulfiberkompositter anvendes desuden i satellitreflektorer, batterikabinetter til nye energikøretøjer og strukturelle forstærkningsprojekter i byggeindustrien.
Dette materiale har også fundet anvendelse i hangarskibsdæk, skibsskrogstrukturer og -lastbærende komponenter til humanoide robotter.
I 2025 anvendte indenlandske rumfartsproducenter kulfiber/glasfiber-kompositter på flykroppene og vingekomponenterne på almenflyvningsfly, hvilket opnåede stor-produktion og montering. Ydermere blev-højtydende kulfiberkompositfremstillingsprocesser taget i brug for eVTOL-flymodeller (electric Vertical Take-Off and Landing) under udvikling og certificering.
I den nye energisektor er kulfiberkompositter dukket op som et kritisk materiale til luftbårne vindenergisystemer i store-højder. S1500-verdens første megawatt-klasse kommercielt luftbåren vindkraftsystem, testet med succes-af mit land i september 2025-og S2000-systemet (som blev testflyvet med succes i januar 2026) bruger begge højstyrke tøjledninger lavet af kulfiberkomposit.
Disse kabler har en trækstyrke på 3.000 megapascal, hvilket gør dem i stand til at modstå kategori 12-tyfoner. Desuden udfører disse kabler flere funktioner samtidigt: at overføre data, yde strukturel støtte og integrere højspændingsledninger til strømtransmission. Inden for det høje-urmageri inkorporerer det schweiziske mærke Richard Mille Carbon TPT®-et kulfibermateriale-i æsker og urskiver på sine dameure og kombinerer det med udsøgt håndværk såsom ædelmetaller, keramik og diamantindfatning.
