硫化膠的定伸應力和硬度都是抵抗外力不變形的能力，分別與拉伸形變和壓縮形變有關。高聚物強度理論認為，炭黑填充的硫化橡膠網絡，主要由化學交聯鏈組、大分子物理纏結鏈組和炭黑與高分子鏈由于物理化學作用相互結合而產生的結合橡膠三部分所組成，即交聯密度、體系粘度和分子間作用力。凡是能提高上述三方面的因素，都將使硫化膠的定伸應力和硬度提高。

 

（1）定伸應力與橡膠分子結構的關系
分子量和分子量分布是影響膠料物理性能的重要參數，隨著分子量增加，膠料的許多物理機械性能包括定伸應力和硬度都將提高。根據Flory的硫化膠網絡結構理論，分子量對各種性能的影響主要表現在末端效應，大分子網絡中的游離末端對硫化膠的力學性能不作貢獻，且對彈性起到一定的阻礙作用，游離末端數隨分子量的增大而減小，所以分子量增加，硫化膠的定伸應力和硬度也隨之增大。隨著分子量的分布的加寬，膠料的定伸應力、硬度、拉伸強度、回彈性和耐磨性都下降。
分子化學結構與定伸應力的關系主要受分子鏈剛性和分子間作用力的影響較為顯著。某些極性橡膠，分子間的作用力較大，適合制作高定伸制品。非極性NR的定伸應力也較高，主要是由于NR在拉伸時會產生結晶，結晶所形成的物理結點提高了交聯網的完整性，使定伸應力提高。

（2）硫化體系與定伸應力的關系
隨交聯密度增加，硫化膠的定伸應力和硬度也隨之增加。交聯鍵的類型對定伸應力和硬度也有一定的影響，C-C交聯鍵比多硫交聯鍵鍵能大，且多硫鍵應力松弛傾向大，多硫鍵為主的硫化膠表現為定伸應力較低。
活性高的促進劑，其硫化膠的定伸應力也高。噻唑類或次磺酰胺類促進劑并用秋蘭姆類或胍類促進劑，對提高定伸應力作用明顯。由于秋蘭姆類或胍類促進劑的加入，膠料的硫化速度加快，定伸應力也增大，這是提高定伸應力常用的方法之一。

（3）定伸應力與填充體系的關系
填充劑的品種和用量是影響硫化膠定伸應力和硬度的主要因素，影響程度比交聯密度和橡膠的結構要大得多。一般說來，隨著粒徑小、活性大、結構性高的填料用量的增加，硫化膠的定伸應力和硬度也隨之提高。
炭黑的結構度對硫化膠定伸應力的影響較為顯著。結構性高、補強性高的炭黑如中超耐磨炭黑及高耐磨炭黑能有效的提高硫化膠的定伸應力和硬度。同時為獲得高硬度的制品應盡量少用軟化劑。
橡膠的硬度是硫化膠最基本的物理性能之一，決定硫化橡膠硬度的主要因素為填充劑和軟化劑的種類和用量，并與生膠的種類和牌號、交聯密度有關。填充劑的加入量越大，補強性越明顯，硫化膠的硬度越高。

在實際配方設計時，當已確定主體材料、硫化體系，根據不同填料對橡膠的補強效果和軟化劑的軟化效果來估計。通常將非填充橡膠的基本硬度，加上填充劑增加的硬度減去增塑劑降低的硬度，來估計硫化膠最終的硬度。或者反過來，根據所要求的硫化膠的硬度估算填料和增塑劑的用量。
硫化膠硬度（預計）＝純膠的基本硬度+填料份數× 每增加1份填料的硬度的變化值-增塑劑份數× 每增加1份增塑劑的硬度的變化值
這是非常粗略的方法，只有ShoreA硬度在40～75范圍內的較為適用。因為原材料的產地、品種和牌號或原材料批次的變化都將對硫化膠的硬度造成不少的波動。對于低硬度或高硬度的硫化膠，依賴增加填料提高硬度或增加增塑劑降低硬度的效果不明顯。