Uhlíkové vlákno může tvořit kompozitní materiály s různými materiály, jako jsou pryskyřice, plasty, keramika, sklo a kovy. Kompozity z uhlíkových vláken se vyznačují vysokou pevností, nízkou hmotností, dobrou tuhostí a dobrou odolností proti únavě. Používají se hlavně jako konstrukční-materiály snižující hmotnost a pro odvod ablačního tepla.
Kompozity pryskyřice vyztužené uhlíkovými vlákny
Pryskyřičné matricové kompozity vyztužené uhlíkovými vlákny (CFRP) mají nízkou hustotu a vyšší specifickou pevnost a specifický modul než sklolaminát. Jejich specifická pevnost je 5-6krát větší než u vysokopevnostní oceli a titanových slitin, dvakrát větší než u skleněných vláken a jejich specifický modul je 3-4krát větší než u těchto materiálů. Proto se CFRP používá jako hlavní konstrukční materiál v leteckém průmyslu. Například dveře užitečného zatížení raketoplánu, křidélka, vertikální ocasní plochy, dveře hlavního podvozku a vnitřní tlakové nádoby všechny používají CFRP, což má za následek snížení hmotnosti raketoplánu až o 2 tuny.
Karbon/karbonové kompozity
Kompozity uhlík/uhlík (C/C) jsou kompozitní materiály na bázi uhlíku-vyztužené uhlíkovými vlákny a jejich produkty (uhlíková plsť, uhlíková tkanina atd.). Uhlíkové vlákno (C/C) se skládá pouze z jednoho prvku -uhlík- a má výhody jedinečné pro uhlíkové a grafitové materiály, jako je nízká hustota a vynikající tepelné vlastnosti, včetně odolnosti proti ablaci, odolnosti proti tepelným šokům, vysoké tepelné vodivosti a nízkého koeficientu tepelné roztažnosti. Vykazuje také vysokou pevnost a vysoký modul kompozitních materiálů. Další důležitou vlastností C/C jsou jeho vynikající tribologické vlastnosti. C/C má také dobrou biokompatibilitu s lidským tělem.
Kompozity kovové matrice vyztužené uhlíkovými vlákny
Kompozity s kovovou matricí vyztužené uhlíkovými vlákny (CFRM) mají řadu vynikajících vlastností, včetně vysoké specifické pevnosti, vysokého specifického modulu, vysoké teplotní odolnosti, nízkého koeficientu tepelné roztažnosti, vysoké tepelné vodivosti a silné odolnosti vůči tepelné deformaci. Hliník vyztužený uhlíkovými vlákny má nejen vyšší pevnost než hliníkové slitiny, ale také nabízí výrazně vyšší provozní teplotu, přičemž si zachovává přibližně 90 % své pevnosti v tahu i při teplotě kolem 500 K. Hliník vyztužený vlákny- vykazuje vynikající únavovou pevnost a zachovává si 63 %–84 % své únavové pevnosti i po 10 únavových cyklech.
Keramické matricové kompozity vyztužené uhlíkovými vlákny
Fatální slabinou keramiky je její křehkost. Vyztužení keramiky uhlíkovými vlákny účinně zlepšuje houževnatost, mění morfologii lomu a zvyšuje houževnatost. Vlákna také zabraňují rychlému šíření trhlin. Kompozity s keramickou matricí-vyztužené vlákny vykazují vyšší pevnost, zlepšené vlastnosti mechanického a tepelného šoku a výrazně zvýšenou lomovou houževnatost. Ve srovnání s běžnou keramikou je jejich pevnost v ohybu zvýšena přibližně pětinásobně a lomová houževnatost stonásobně.
Pryžové kompozity vyztužené uhlíkovými vlákny
Za stejných podmínek ohybu vykazují pryžové kompozity vyztužené uhlíkovými vlákny výrazně delší životnost ve srovnání s běžnou pryží. Tepelná vodivost pryže je o dva řády nižší než u uhlíkových vláken. Když je pryž vyztužena vlákny, uhlíková vlákna tvoří v kompozitu síť pro přenos tepla, která umožňuje odvádění tepla z tření a tím zlepšuje tepelné vlastnosti, zejména odolnost proti tepelné únavě.
