Galvenais oglekļa šķiedras pielietojums ir tās apvienošana ar matricas materiāliem,{0}}piemēram, sveķiem, metāliem vai keramiku-, lai izveidotu strukturālus materiālus. Ar oglekļa šķiedru-pastiprinātie epoksīda kompozītmateriāli var lepoties ar augstāko kombinēto īpatnējo stiprību un īpatnējo moduļu metriku starp visiem pašlaik pieejamajiem konstrukcijas materiāliem. Oglekļa šķiedru kompozītmateriāli piedāvā būtiskas priekšrocības jomās, kurās ir stingras prasības attiecībā uz blīvumu, stingrību, svaru un noguruma īpašībām, kā arī vidēs, kur nepieciešama augsta temperatūras izturība un izcila ķīmiskā stabilitāte.
Oglekļa šķiedra parādījās 1950. gadu sākumā, reaģējot uz jaunākajām zinātnes un tehnoloģiju nozarēm,-jo īpaši raķešu, kosmosa izpēti un aviāciju. Kopš tā laika tā pielietojums ir plaši paplašinājies, iekļaujot sporta aprīkojumu, tekstilizstrādājumus, ķīmiskās iekārtas un medicīnas jomu. Tā kā visprogresīvākās tehnoloģijas izvirza arvien stingrākas prasības jaunu materiālu veiktspējas īpašībām, pētnieki un tehnologi ir spiesti pastāvīgi censties uzlabot. Astoņdesmito gadu sākumā pēc kārtas sāka parādīties augstas veiktspējas-un īpaši-augstas veiktspējas-oglekļa šķiedras; tas iezīmēja vēl vienu tehnoloģisku lēcienu uz priekšu un liecināja, ka oglekļa šķiedras izpēte un ražošana ir nonākusi progresīvā stadijā.
Kompozītmateriāli, kas izveidoti, apvienojot oglekļa šķiedru ar epoksīdsveķiem, ir kļuvuši par progresīviem kosmosa materiāliem to zemā īpatnējā smaguma, augstās stingrības un izcilās izturības dēļ. Tas ir ļoti svarīgi, jo uz katru kosmosa kuģī samazinātu svara kilogramu nesējraķete, kas nepieciešama tā pacelšanai, var tikt atvieglota par 500 kilogramiem. Līdz ar to aviācijas un kosmosa nozare cīnās, lai pieņemtu šos progresīvos kompozītmateriālus. Piemēram, noteikta veida vertikālās pacelšanās un nosēšanās (VTOL) iznīcinātāja lidmašīnā tiek izmantoti oglekļa šķiedras kompozītmateriāli vienai-ceturtdaļai no kopējā lidmašīnas korpusa svara un vienai-trešdaļai no spārnu svara. Pārskati liecina, ka galvenās sastāvdaļas trijos US Space Shuttle raķešu pastiprinātājos, kā arī uzlaboto MX raķešu palaišanas caurules ir izgatavotas, izmantojot progresīvus oglekļa šķiedras kompozītmateriālus.
Formula 1 (F1) sacīkstēs lielākā daļa automašīnas virsbūves ir izgatavota no oglekļa šķiedras materiāliem. Augstākās klases sporta automobiļu korpusos bieži tiek izmantota oglekļa šķiedra, lai uzlabotu gan aerodinamisko efektivitāti, gan struktūras integritāti. Oglekļa šķiedru var apstrādāt dažādās formās, tostarp audumos, filcos, paklājiņos, lentēs, papīrā un citos materiālos. Tradicionālajos lietojumos-izņemot to kā siltumizolācijas materiālu,-oglekļa šķiedra tiek reti izmantota atsevišķā formā; tā vietā tas parasti kalpo kā pastiprinošs līdzeklis, ko pievieno matricas materiāliem, piemēram, sveķiem, metāliem, keramikai vai betonam, lai izveidotu kompozītmateriālus. Ar oglekļa šķiedru-pastiprināti kompozītmateriāli var kalpot kā konstrukciju materiāli lidmašīnām, elektromagnētisko ekranējumu un statiskās{10}}izkliedes materiāli, kā arī biomedicīnas aizstājēji,{11}}piemēram, mākslīgās saites{12}}, tādējādi paplašinot to pielietojumu dažādos cilvēka ķermeņa scenārijos. Turklāt tos izmanto raķešu korpusu, motorlaivu, rūpniecisko robotu, automašīnu lokšņu atsperu un piedziņas vārpstu ražošanā.
2026. gada janvārī vilcienos Jingxiong Express Line (savieno Xiong'an New Area ar Pekinas Daksingas starptautisko lidostu) tika izmantotas jaunākās tehnoloģijas,{2}}tostarp oglekļa šķiedras kompozītmateriāli,{3}}lai izveidotu viedu ekspluatācijas un apkopes sistēmu.
Arī 2026. gada janvārī plaša patēriņa elektronikas nozarē dažos produktos savu ierīču korpusu konstruēšanai sāka izmantot aviācijas un kosmosa kvalitātes oglekļa šķiedras kompozītmateriālus.
2022. gada 7. decembrī tika ziņots, ka Ķīna ir veiksmīgi palaidusi cietā kurināmā nesējraķeti Kuaizhou-11, kuras visa konstrukcija tika uzbūvēta, izmantojot oglekļa šķiedras kompozītmateriālus.
2025. gadā Tianlong{2}}3 nesējraķetes-nesējraķetes lietderīgās slodzes apvalkam, ko Tianbing Technology-plānoja pirmajam lidojumam, bija arī tikai oglekļa šķiedras kompozītmateriāla konstrukcija.
Oglekļa šķiedru kompozītmateriālus papildus izmanto satelīta atstarotājiem, akumulatoru korpusiem jauniem enerģijas transportlīdzekļiem un konstrukcijas pastiprināšanas projektos būvniecības nozarē.
Šis materiāls ir izmantots arī lidmašīnu bāzes klājos, kuģu korpusa konstrukcijās un humanoīdu robotu{0}}nesošos komponentos.
2025. gadā vietējie aviācijas un kosmosa ražotāji veiksmīgi izmantoja oglekļa šķiedras/stikla šķiedras kompozītmateriālus vispārējās aviācijas lidmašīnu fizelāžām un spārnu komponentiem, panākot liela mēroga ražošanu un montāžu. Turklāt augstas veiktspējas oglekļa šķiedras kompozītmateriālu ražošanas procesi tika pieņemti eVTOL (elektriskās vertikālās pacelšanās-laišanas un nolaišanās) gaisa kuģu modeļiem, kas pašlaik tiek izstrādāti un sertificēti.
Jaunajā enerģētikas nozarē oglekļa šķiedras kompozītmateriāli ir kļuvuši par būtisku materiālu liela augstuma{0}}vēja enerģijas ražošanas sistēmām. S1500-pasaulē pirmā megavatu-klases komerciālā gaisa vēja enerģijas sistēma, ko veiksmīgi testēja-mana valsts 2025. gada septembrī-, gan S2000 sistēma (sekmīgi testēta 2026. gada janvārī) izmanto augstas stiprības oglekļa šķiedras kompozītmateriālu kabeļus.
Šo kabeļu stiepes izturība ir 3000 megapaskālu, kas ļauj tiem izturēt 12. kategorijas taifūnus. Turklāt šie kabeļi vienlaikus veic vairākas funkcijas: pārsūta datus, nodrošina strukturālu atbalstu un integrē augstsprieguma{4}}līnijas elektroenerģijas pārvadei. Augstākās kvalitātes-pulksteņu ražošanas jomā Šveices zīmols Richard Mille iestrādā Carbon TPT®-oglekļa šķiedras materiālu- savu sieviešu pulksteņu korpusos un ciparnīcās, apvienojot to ar izsmalcinātu meistarību, piemēram, dārgmetālu, keramikas un dimantu apdari.
