轮胎作为车辆与道路之间的关键连接部件，其性能的优劣直接关乎行车的安全性、舒适性以及燃油经济性等多方面表现。而材料的创新在轮胎技术发展进程中占据着核心地位，持续推动着轮胎性能迈向新的高度。
传统轮胎材料主要以橡胶为基石，天然橡胶凭借其出色的弹性、良好的耐磨性与抗撕裂特性，成为制造轮胎的关键原料之一。然而，天然橡胶亦存在耐老化性能欠佳以及在高温环境下易变软等短板。合成橡胶的出现则有效弥补了这些不足，丁苯橡胶具备良好的耐磨性、耐老化性与加工性能，在轮胎的胎面与胎侧部位广泛应用；顺丁橡胶以高弹性、低生热及优异的耐磨性见长，是胎面胶的理想选材，有助于降低轮胎滚动阻力；异戊橡胶的性能与天然橡胶相近，且在稳定性方面表现更佳，可在一定程度上替代天然橡胶。在现代轮胎配方设计中，往往依据轮胎不同部位的功能需求与性能侧重点，巧妙搭配天然橡胶与合成橡胶的比例，以此实现综合性能的优化。
除橡胶材料外，填充剂与补强剂在轮胎性能提升方面同样发挥着不可替代的作用。炭黑作为最为常用的填充补强材料，能够显著增强橡胶的强度、耐磨性与抗撕裂性能。不同种类的炭黑，因其粒径与结构各异，对橡胶性能的影响也各有差别。例如，粒径较小的炭黑补强效果显著，但会导致橡胶滞后损失增大，进而使滚动阻力上升；而粒径较大的炭黑虽能降低滚动阻力，却在补强效果上有所逊色。故而，在配方设计过程中，需综合考量轮胎的具体性能诉求，精准挑选适宜粒径与结构的炭黑，并确定其最优添加量。近年来，白炭黑在轮胎材料领域的应用愈发广泛。白炭黑独特的微观结构赋予其卓越的补强性能，不仅能有效降低轮胎滚动阻力，还可显著提升轮胎在湿地行驶时的抓地力与抗湿滑能力。与炭黑相比，白炭黑在环保性能方面亦具备优势，其在轮胎使用过程中产生的粉尘污染更少。不过，在使用白炭黑时，通常需配合硅烷偶联剂使用，以增进白炭黑与橡胶之间的相容性与结合力，充分彰显其补强效能。
硫化体系的设计对于轮胎性能同样至关重要。硫化是橡胶加工过程中的关键工序，通过在橡胶分子链之间构建交联键，使橡胶从线性结构转变为三维网状结构，从而实现橡胶强度、硬度、弹性与耐磨性等性能的全面提升。常见的硫化剂包括硫磺、含硫化合物以及过氧化物等。硫磺作为传统硫化剂，与橡胶分子链中的双键发生反应，形成硫桥交联键。在运用硫磺进行硫化时，需协同使用促进剂与活性剂，以加快硫化速度并提升硫化效率。促进剂能够降低硫化反应的活化能，推动硫化反应加速进行；活性剂则可增强促进剂的活性，强化硫化效果。不同类型的促进剂与活性剂作用特点与适用范围各异，在配方设计时需依据橡胶种类、硫化温度以及性能要求等因素进行合理抉择。过氧化物硫化剂则适用于特定橡胶或对耐热性、耐老化性要求较高的轮胎配方，其借助自由基反应机理促使橡胶分子链交联，所形成的交联键具有较高的热稳定性与化学稳定性。
在轮胎材料创新领域，添加剂与助剂亦扮演着不可或缺的角色。防老剂作为一类关键添加剂，能够有效抑制橡胶在使用过程中的老化现象，延长轮胎的使用寿命。常见的防老剂有胺类防老剂、酚类防老剂以及硫代酯类防老剂等。胺类防老剂抗热氧老化性能良好，但在光照条件下易发生变色；酚类防老剂抗光氧老化性能优异，且颜色稳定性佳；硫代酯类防老剂则主要用于提升橡胶的抗屈挠疲劳性能。在实际配方设计中，通常采用多种防老剂复合使用的策略，以充分发挥其协同作用，全面提升轮胎的抗老化性能。增塑剂也是轮胎材料中的常用助剂，其能够降低橡胶的硬度与粘度，改善橡胶的加工性能与柔韧性。常用的增塑剂涵盖石油系增塑剂、酯类增塑剂以及植物油系增塑剂等。石油系增塑剂成本低廉且来源广泛，但其环保性能存在一定局限；酯类增塑剂具有良好的耐寒性、耐热性与环保性能，在当前轮胎配方中应用较多；植物油系增塑剂则具备可再生、环保的特性，是轮胎增塑剂未来发展的重要方向之一。此外，轮胎材料配方中还可能包含阻燃剂、抗静电剂、着色剂等其他添加剂与助剂，以满足特定的性能需求或外观设计要求。
