橡膠補強是裂解炭黑應用最重要的領域，這是因為絕大部分商品炭黑產品都作為橡膠的補強劑，市場很大。炭黑是橡膠補強最理想的填料，可以極大地提高橡膠材料的機械性能。裂解炭黑對橡膠的補強性能不如商品炭黑，目前替代率一般不超過30%。

廢輪胎裂解產生的碳質沉積物降低裂解炭黑的表面能，裂解炭黑表面的活性位點被大量掩蓋。炭黑中的活性位點一般被認為是處在石墨邊緣的碳原子，活性位點的數量與結晶區域的尺寸有關，尺寸越小，活性位點數越多，因此小粒徑的炭黑更有利于提高橡膠制品的機械性能。與商品炭黑N550相比，該裂解炭黑補強的橡膠材料顯示出較低的交聯密度和不理想的拉伸強度和定伸性能。裂解炭黑補強后的橡膠材料的拉伸強度和斷裂伸長率是優于商品炭黑N330，但撕裂強度、定伸性能（100%和300%）以及硬度均弱于N330，整體綜合性能較N330差。但裂解炭黑與N330以一定比例混合使用后的橡膠復合材料的力學性能在可接受的范圍內，暗示裂解炭黑可部分替代商品炭黑進而降低生產成本。