Gummi besteht aus sehr langen Fadenmolekülen (Makromolekülen), die durch chemische Reaktionen miteinander verknüpft sind. Durch diese Verknüpfung, auch Vernetzung oder Vulkanisation genannt, entsteht aus einem hochviskosen, unter Wärme fließfähigen Material (Kautschuk) ein elastischer und formstabiler Werkstoff (Gummi).

Reine Gummiwerkstoffe, die ohne Zusatz von Additiven, also nur durch reine Vernetzung hergestellt wurden, sind im Allgemeinen hochelastisch und sehr dehnbar, aber auch sehr weich. Dadurch lassen sich zum Beispiel Gummibänder herstellen, aber kein mechanisch hochbelastetes Bauteil, wie ein PKW- oder LKW-Reifen.

Das Geheimnis der Verstärkung erklärt sich vor allem aus den folgenden Hauptfaktoren:

• Funktionale Füllstoffe bestehen aus sehr kleinen „nanoskaligen“ Partikeln, das heißt, die Partikel weisen einen Durchmesser von 10 bis max. 100 nm auf. Da die Kontaktoberfläche zwischen den Partikeln und dem Kautschuk mit immer kleineren Partikeln immer grösser wird, entstehen nach dem Einmischen in den Kautschuk Kontaktoberflächen von 150 m² pro Gramm Füllstoff und mehr.

Im Feststoff liegen solche kleinen Partikel nicht isoliert vor, sondern sie werden erst beim Einmischen freigesetzt, in dem größere Agglomerate aufgebrochen werden. Dadurch erhält man kleine Aggregate und auch isolierte sphärische Primärpartikel. Der Mischvorgang, der erhebliche Scherkräfte erfordert und zumeist in Innenmischern durchgeführt wird, nennt man Dispersion:

• Die Molekülketten der umgebenden Kautschukmatrix werden bei Rußen auf der Füllstoffoberfläche physikalisch gebunden (adsorbiert). Dadurch ergibt sich schon eine relativ starke Anbindung. Bei Kieselsäuren geht man noch einen Schritt weiter: Durch chemische Kopplungsmittel erreicht man eine chemische Anbindung der Kautschukmatrix an die Oberfläche der Füllstoffpartikel.

• Die Füllstoffaggregate können, je nach Füllstofftyp eine recht zerklüftete, korallenartige oder auch eine eher kompakte Form aufweisen. Diesen Aspekt, den man „Struktur“ nennt, kann man über die Herstellbedingungen steuern. Beim Herstellen der Kautschukmischung wird ein Teil des Polymers in diese „Struktur“, das heißt das Leervolumen der Aggregate, hineingedrückt und steht damit nicht oder nur teilweise für eine elastische Verformung zur Verfügung. Hochstrukturierte Füllstoffe spiegeln damit volumenmäßig einen deutlichen höheren Füllfaktor vor, als das der tatsächlichen Dosierung entspricht.

Wie schon erwähnt, spielen funktionale Füllstoffe im technisch und wirtschaftlich wichtigsten Gummi-Bauteil, dem Reifen, im Zusammenspiel mit modernen, hochentwickelten Kautschuken eine entscheidende Rolle, vor allem zur Verbesserung des Abriebs und der Bremseigenschaften. In Reifenlaufflächen werden vor allem Füllstofftypen mit geringer Partikelgröße (<100 nm) und „hoher Struktur“ eingesetzt. Die hohe Struktur hilft, im Mischprozess diese sehr kleinen Partikel aufzubrechen und zu verteilen. In Schwingungsdämpfern für Motorlager kommen vor allem „mittelaktive“ Ruße zum Einsatz, das heißt Ruße, die mittlere Partikelgrößen von etwa 500 nm aufweisen. Beim Einsatz von sehr feinteiligen Rußen wäre die Schwingungsentkopplung im Bereich hochfrequenter Schwingungen zu gering. Im Bereich der Profilextrusion, das heißt bei der Herstellung von Fensterprofilen, kommen Ruße mit hoher Struktur zum Einsatz. Hier kommt es darauf an, den effektiven Polymervolumenanteil so gering wie möglich zu halten. Ansonsten würden die Oberflächen der Profile durch Relaxation der Molekülketten rau und rissig werden.