轮胎作为汽车与地面接触的关键部件，其性能在很大程度上取决于橡胶配方。高性能轮胎的橡胶配方研发是一个复杂且精密的过程，涉及多种原材料的选择与优化组合，旨在满足轮胎在不同工况下对耐磨性、抓地力、舒适性和耐久性等多方面性能的严苛要求。
天然橡胶是轮胎橡胶配方中的重要基础材料，它具有出色的弹性、良好的抗撕裂性能以及优异的滞后特性，能够在轮胎与地面接触时有效地吸收和释放能量，为轮胎提供良好的抓地力和乘坐舒适性。然而，天然橡胶也存在一些局限性，例如其耐老化性能相对较弱，在高温和氧化环境下容易发生降解，导致轮胎性能下降。为了弥补天然橡胶的不足，合成橡胶在高性能轮胎配方中得到了广泛应用。丁苯橡胶是常用的合成橡胶之一，它具有良好的耐磨性、耐老化性和加工性能，与天然橡胶并用可以提高轮胎的综合性能。顺丁橡胶则以其高弹性、低生热和出色的耐磨性能而闻名，能够显著降低轮胎的滚动阻力，提高燃油经济性。此外，还有一些特殊的合成橡胶，如异戊橡胶，其性能与天然橡胶相近，但在某些方面具有更好的稳定性，可以根据具体需求在配方中适量添加。
填充剂和补强剂在高性能轮胎橡胶配方中起着关键作用。炭黑是传统的填充剂和补强剂，它能够显著提高橡胶的强度、硬度和耐磨性。不同类型的炭黑具有不同的粒径和结构，其对橡胶性能的影响也各不相同。例如，粒径较小的炭黑具有较高的补强效果，但会增加橡胶的滞后损失，导致滚动阻力上升；而粒径较大的炭黑则可以降低滚动阻力，但补强效果相对较弱。因此，在配方设计中需要根据轮胎的性能要求，精确选择合适粒径和结构的炭黑，并确定其最佳添加量。近年来，白炭黑作为一种新型的填充剂和补强剂逐渐受到关注。白炭黑具有独特的微观结构和优异的补强性能，能够有效降低轮胎的滚动阻力，同时提高轮胎的湿地抓地力和抗湿滑性能。与炭黑相比，白炭黑还具有更好的环保性能，因为它在轮胎使用过程中产生的粉尘污染较少。但是，白炭黑与橡胶的相容性较差，需要使用硅烷偶联剂进行表面处理，以提高其与橡胶的结合力，充分发挥其补强作用。
硫化体系的设计对于高性能轮胎橡胶配方至关重要。硫化是橡胶加工过程中的关键环节，它通过在橡胶分子链之间形成交联键，使橡胶从线性结构转变为三维网状结构，从而提高橡胶的强度、硬度、弹性和耐磨性等性能。常用的硫化剂有硫磺、含硫化合物和过氧化物等。硫磺是最传统的硫化剂，它与橡胶分子链中的双键发生反应，形成硫桥交联键。在使用硫磺作为硫化剂时，需要配合使用促进剂和活性剂，以提高硫化速度和硫化效率。促进剂能够降低硫化反应的活化能，加快硫化反应的进行；活性剂则可以提高促进剂的活性，增强硫化效果。不同类型的促进剂和活性剂具有不同的作用特点和适用范围，在配方设计中需要根据橡胶的种类、硫化温度和性能要求等因素进行选择。过氧化物硫化剂则适用于一些特殊橡胶或对耐热性、耐老化性要求较高的轮胎配方中，它通过自由基反应机理使橡胶分子链交联，形成的交联键具有较高的热稳定性和化学稳定性。
除了上述主要成分外，高性能轮胎橡胶配方中还包含多种添加剂和助剂，它们各自发挥着独特的作用，共同影响轮胎的性能。防老剂是一类重要的添加剂，它能够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、酚类防老剂和硫代酯类防老剂等。胺类防老剂具有良好的抗热氧老化性能，但在光照条件下容易变色；酚类防老剂则具有较好的抗光氧老化性能，且颜色稳定性较好；硫代酯类防老剂主要用于提高橡胶的抗屈挠疲劳性能。在配方设计中，通常会采用多种防老剂复合使用的方式，以充分发挥它们的协同作用，提高轮胎的整体抗老化性能。增塑剂也是轮胎橡胶配方中常用的助剂之一，它能够降低橡胶的硬度和粘度，提高橡胶的加工性能和柔韧性。常用的增塑剂有石油系增塑剂、酯类增塑剂和植物油系增塑剂等。石油系增塑剂具有成本低、来源广泛的优点，但在环保性能方面存在一定的局限性；酯类增塑剂则具有良好的耐寒性、耐热性和环保性能，是目前轮胎配方中应用较多的增塑剂之一；植物油系增塑剂则具有可再生、环保的特点，是未来轮胎增塑剂发展的一个重要方向。此外，轮胎橡胶配方中还可能添加阻燃剂、抗静电剂、着色剂等其他添加剂和助剂，以满足特定的性能需求或外观要求。
