炭黑是由石油或煤焦油经高温裂解后生成的一种结构复杂的多尺度纳米材料，是橡胶和轮胎工业最重要的补强剂，在国民经济工业体系中占有重要一席。本论文系统性论述了油炉法炭黑从微观的类石墨片层微晶结构到宏观尺度的树枝状附聚体等不同维度的多尺度复杂结构，利用近现代分析方法如透射电镜、反气相色谱法(IGC)等详细讨论了炭黑微晶区域的短程有序结构、晶体缺陷、表面官能团的属性、表面自由能的大小、原生粒子的尺寸及其分布、聚集体的尺寸及其分布和附聚体的组成及其尺寸范围等;并在各个尺度上利用Haake转矩流变仪、RPA2000橡胶加工分析仪和拉力机为实验工具，以实验事实为依据详细研究了炭黑表面微晶区域类石墨片层的尺寸大小，以及与此相关的炭黑表面自由能的大小对炭黑填充混炼胶硫化特性和硫化胶拉伸性能的影响。实验结果表明，炭黑表面的微晶尺寸越小，晶体缺陷越多，炭黑的表面活性就越高，炭黑的补强能力就越强，但同时发生的另一现象是炭黑的分散情况会逐渐变差，当分散状态差到一定程度后，反而会导致炭黑填充硫化胶的综合性能如300％定伸会剧烈下降。　　通过具有不同压缩吸油值的N375和N550样品表明，在炭黑总结构基本相同的情况下，提高炭黑的一次结构可以提高胶料的门尼粘度和300％定伸。另外，本论文还尝试研究了炭黑的物理化学指标对其填充混炼胶硫化特性的影响，实验数据表明，炭黑表面呈碱性时，炭黑填充混炼胶的硫化速度会加快，同时炭黑表面的吸附物，如气体和水分等小分子量物质可以覆盖掉部分活性点从而降低混炼胶的硫化速度。