Kompozyt powstaje z połączenia dwóch różnych materiałów, mających odmienne właściwości mechaniczne i fizyczne. Najczęściej tworzy się go poprzez połączenie włókien zbrojących z odpowiednim spoiwem. Włókna odpowiadają za przenoszenie naprężeń ściskających i rozciągających, pełniąc funkcję nośną, natomiast spoiwo unieruchamia je i odpowiada za przenoszenie sił tnących, które mogłyby powodować przesuwanie się włókien względem siebie.

Z tego wynika, że kluczowe znaczenie dla właściwości laminatu ma sposób rozmieszczenia włókien, ich orientacja oraz rodzaj i ilość zastosowanego spoiwa. Jeżeli ilość żywicy jest zbyt duża w stosunku do ilości włókien, laminat traci na wytrzymałości. Z kolei jej niedobór również osłabia strukturę, ponieważ włókna nie są odpowiednio zespolone. Generalną cechą laminatu jest fakt, że ma on wytrzymałość większą, niż każdy z jego składników z osobna.

Przemysłowe wytwarzanie kompozytów na bazie tworzyw sztucznych rozpoczęło się w momencie, kiedy możliwe stało się kontrolowanie procesów związanych z łączeniem materiałów wiążących.
I tak, na początku XX wieku zaczęto produkować elementy do urządzeń elektronicznych. Powstawały one przez sprasowanie pakietu składającego się z kilku warstw płótna bawełnianego lub konopnego nasączonego żywicą termoutwardzalną (fenolowo-formaldehydową, potocznie zwaną bakelitem). Tego typu kompozyt – ze względu na sposób zbrojenia za pomocą płótna został nazwany laminatem.

Aby laminat taki był użyteczny, konieczne było prasowanie w podwyższonej temperaturze, aby tworzywo termoutwardzalne (duroplast) zyskało pełną wytrzymałość. Początkowo proces ten był długotrwały i drogi.

Inicjatorem stosowania tworzyw sztucznych w motoryzacji była II Wojna Światowa. Stal była potrzebna w przemyśle zbrojeniowym, a przemysł motoryzacyjny był „na końcu łańcucha”. W 1941 roku Henry Ford wpadł na pomysł zastąpienia blach poszycia nadwozia innym materiałem – kompozytem który został wzmocniony dostępnymi na dużą skalę produktami, czyli włóknami konopnymi, otrębami sojowymi, pszenicznymi i kukurydzianymi zespolonymi żywicą fenolowo-formaldehydową. Brzmi śmiesznie, ale miało szereg zalet – były lekkie, były wytrzymałe, a co najważniejsze – były dostępne.

W ten sposób powstał samochód o nazwie „Soybean car” (samochód sojowy). Ramę tego samochodu wykonano z rur stalowych, a do niej przymocowano 14 paneli kompozytowych o grubości 1/4 cala (ok. 6 mm). Okna wykonano z arkuszy akrylowych. Zastosowanie kompozytowego poszycia pozwoliło zmniejszyć masę pojazdu z 1134 kg do 862 kg.

Na zastosowanie tworzyw zbrojonych włóknami szklanymi nie trzeba było długo czekać. Już w 1946 roku pojawił się prototyp wykonany przez Williama B. Stouta, któ®y oprócz nadwozia z laminatu miał wiele innych ciekawych rozwiązań.

W opisie tego samochodu w czasopiśmie Popular Science z lipca 1946 roku przeczytać można było, że nadwozie tego samochodu, wraz ze zderzakiem i kilkoma elementami konstrukcyjnymi, wykonane jest z włókna szklanego połączonego żywicą syntetyczną. Dziennikarze, zaproszeni do uderzania w nadwozie młotkami, odkryli, że nie są w stanie go wgnieść. Pokazano również przekroje zderzaka i łapy przytrzymującej silnik do nadwozia. Wykonane są one w technologii plastra miodu, co gwarantuje wysoką sztywność i małą masę.

Ze względu na innowacyjne rozwiązania samochód ten wyprzedził epokę i okazał się zbyt drogi do wdrożenia. Pozostał jedynie w fazie prototypu. Od tej pory produkowano pojedyncze egzemplarze samochodów sportowych z wykorzystaniem kompozytów z włókien szklanych. Były to między innymi Meteor SR1, Meteor CR-90 i wiele innych prototypów.

Kolejne otwarcie dla tworzyw zbrojonych włóknem szklanym miało miejsce w 1953 roku. Model Chevrolet Corvette C1, którego nadwozie wykonano z laminatu zbrojonego włóknem szklanym był pierwszym tego typu samochodem produkowanym seryjnie.

Cała branża motoryzacyjna zaczęła przyglądać się tworzywom sztucznym i kompozytom. Po gwałtownym starcie tego materiału konstrukcyjnego w Stanach Zjednoczonych, Europa zaczęła w nim widzieć tani materiał konstrukcyjny. Już w 1955 r. w Europie zaczęto produkować samochód AWZ P70, który był pierwszym produkowanym w Niemieckiej Republice Demokratycznej samochodem z nadwoziem kompozytowym. Co prawda nie był to kompozyt ze zbrojeniem z włókna szklanego, lecz laminat zbrojony matami bawełnianymi, które były odpadem po produkcji tekstylnej. Poszycie z duroplastu zbrojonego matami osadzone było na stalowej rami skrzynkowej.

Model P70 ewoluował do modelu P50, a następnie do znanego nam trochę lepiej Trabanta, którego nadwozie było wykonane tą samą techniką. Ze względu na użycie laminatów Trabant zyskał mylny przydomek samochodu, który nie rdzewieje, lecz okazało się z czasem, że stalowa rama na której osadzone były elementy nadwozia korodowała i auto cierpiało na problemy natury blacharskiej jak każde inne produkowane w tamtym czasie.

W 1957 r. Lotus zaprezentował model Elite, który był kolejnym krokiem naprzód w dziedzinie konstrukcji nadwozi. W tym modelu stworzono nadwozie typu „monocoque” wykonane z żywicy epoksydowej zbrojonej włóknem szklanym. W tym modelu nie zastosowano stalowej ramy nośnej, lecz zastosowano ramę pomocniczą do montażu silnika, ramę pomocniczą do mocowania zawieszenia kół i ramę do montażu przedniej szyby stanowiącą również pałąk bezpieczeństwa. Wszystkie zostały wklejone w skorupę nadwozia, lecz niedoskonałość łączenia stali z żywicą powodowała, że punkty mocowania zawieszenia z czasem luzowały się i były „wyciągane” ze skorupy, co stanowiło poważny problem jakościowy dla producenta.

W 1983 roku Lamborghini zaprezentowało prototyp Countach Evoluzione, będący pierwszym samochodem drogowym wykonanym z włókna węglowego (mieszanki włókna węglowego z włóknem aramidowym). Zaprojektowany przez dział kompozytów Lamborghini pod kierownictwem młodego inżyniera Horacio Paganiego, samochód ten stanowił platformę testową dla nowych technologii, które później stały się standardem w produkcji supersamochodów.​ Zamiast tradycyjnej stalowej ramy przestrzennej zastosowano jednoczęściową strukturę typu honeycomb wykonaną z Kevlaru i włókna węglowego, co znacznie zwiększyło sztywność i zmniejszyło masę pojazdu. Samochód ważył około 980 kg, co oznaczało redukcję masy o ponad 500 kg w porównaniu do standardowego modelu Countach Quattrovalvole.

Wadą laminatów węglowych jest niezbyt duża wytrzymałość na obciążenia dynamiczne, czyli niska udarność. Niekiedy do wzmocnienia konstrukcji stosuje się laminaty zawierające dwa rodzaje włókien zbrojących – włókna węglowe i aramidowe. Takie laminaty węglowo-kevlarowe są jednak nadal bardzo drogie, co ogranicza zakres ich zastosowań.

Masowe wykorzystanie włókien węglowych zostało zapoczątkowane przez koncern BMW w modelach i3 oraz i8. W modelu i3 przestrzeń pasażerka nazwana „life-module” wykonana jest z kompozytów z włókien węglowych, natomiast do niej przymocowane jest poszycie zewnętrzne z tworzywa sztucznego niezbrojonego, a także przestrzeń napędu wykonana z aluminium (drive module).

Duża sztywność włókien węglowych pozwoliła na rezygnację z słupka „B”, co bardzo ułatwiło dostęp do tylnego rzędu siedzeń.

Laminat węglowy o określonym kształcie powstaje poprzez ułożenie warstw włókien węglowych w formie, a następnie ich nasączenie żywicą. Podczas tego procesu forma jest zamykana i odsysa się z niej powietrze, co pozwala dokładnie wypełnić ją żywicą i zapobiega powstawaniu pęcherzyków powietrza w strukturze. Obecność takich pęcherzyków mogłaby prowadzić do mikropęknięć i osłabienia materiału.

Aby laminat zachował właściwy kształt, musi pozostać w formie aż do momentu całkowitego utwardzenia żywicy. Wcześniejsze wyjęcie mogłoby skutkować deformacją, co wykluczałoby możliwość seryjnej produkcji tą metodą. BMW rozwiązało ten problem, opracowując nową technologię wykorzystującą dodatkową folię. Najpierw umieszcza się ją na formie, a następnie tworzy pod nią próżnię, dzięki czemu folia idealnie dopasowuje się do kształtu przyszłego elementu. Na tak przygotowanej powierzchni układane są włókna węglowe nasączone żywicą, po czym całość przykrywana jest drugą folią termoplastyczną. Zestaw jest dociskany prasą, a powietrze ponownie usuwane. Brzegi folii są zgrzewane, a następnie całość podgrzewana do temperatury 60–65°C, co prowadzi do utwardzenia żywicy. Dzięki próżni między formami element uzyskuje wstępną sztywność, co pozwala na jego wyjęcie już po mniej niż trzech minutach. Taka metoda umożliwia seryjną produkcję części z laminatu węglowego.

Ze względu na specyfikę kompozytów, ich łączenie z innymi elementami bywa trudne. Najczęściej już na etapie laminowania w strukturze włókien węglowych lub szklanych umieszcza się tuleje lub metalowe wkładki. To do nich później montuje się inne części, najczęściej poprzez przykręcanie. Innym rozwiązaniem są otwory technologiczne, przez które przechodzą śruby montażowe. W tym przypadku jednak konieczne jest dodatkowe wzmocnienie materiału, ponieważ istnieje ryzyko jego uszkodzenia lub wyłamania.

Coraz popularniejszą metodą łączenia laminatów z innymi komponentami staje się klejenie. Ta technika pozwala uzyskać mocne i trwałe połączenie, a jednocześnie nie wymaga skomplikowanych zabiegów podczas produkcji.

Włókna węglowe to materiał najczęściej stosowany przy produkcji samochodów sportowych, ale też modeli elektrycznych czy wyposażenia tuningowego.

Ze względu na kłopotliwą obróbkę i wysokie pylenie Unia Europejska wpisała wstępnie włókna węglowe na listę materiałów niebezpiecznych, co skutkować miałoby zakazem stosowania włókien węglowych w motoryzacji od roku 2029. A przemysł motoryzacyjny odpowiada za 20% rynku włókna węglowego o wartości 5,5 miliarda dolarów rocznie.

Po branżowym lobbingu włókno węglowe ostatecznie znikło z listy materiałów zakazanych na początku II kwartału 2025 r.

Chcesz być na bieżąco z informacjami? Obserwuj nas w wiadomościach Google: