炭黑（Carbon black,CB）一直占据着橡胶填料消耗量的首位并达到橡胶总消耗量的一半。众所周知石化资源将在不久的将来趋于枯竭,因此急需找到一种能够替代CB补强橡胶的填料。纤维素的年产量可达到10¹¹t,自纳米微晶纤维素（Nanocrystalline cellulose,NCC）被发现以来,其高模量,高比表面积,可降解性以及良好的生物相容性已吸引了一大批科学家的研究,对其作用于橡胶的补强机理研究表明,由于NCC表面具有很强的化学极性,它与弱极性的橡胶相容性较差,从而导致批量化使用NCC来补强橡胶的工业化进程发展缓慢。硅烷偶联剂是一类已在工业生产中体现出巨大经济价值的助剂,选用合适的偶联剂,其含硅一侧的基团可以与填料发生相互作用,另一端链含有的可与基体相容或是反应的基团使其可作为填料与基体之间的桥梁,进而促进填料在基体中的分散。3-辛酰基硫代-1-丙基三乙氧基硅烷（NXT）是为解决白炭黑表面因存在大量硅羟基而团聚现象严重开发的橡胶用硅烷偶联剂。鉴于纤维素和白炭黑一样表面存在大量的可反应性羟基基团,因此本文选用NXT硅烷偶联剂来接枝NCC。本论文以漂白桉木浆纸为原料,通过改进的过硫酸铵,双氧水两步氧化法制备得到NCC,尔后将NCC部分取代CB制备得到天然橡胶（Natural rubber,NR）/CB/NCC复合材料。通过与纯CB补强橡胶体系进行对比以探究NCC与CB协同补强机理以及NCC取代CB的可能性。实验结果表明加入NCC后混炼胶的加工性能得到改善,同时胶料的正硫化时间也有所缩短,有利于降低工业生产时的能耗,随着NCC含量的增加体系的佩恩效应也逐渐减弱,压缩疲劳温生逐渐降低,复合材料的撕裂强度,拉伸强度在5phr NCC时仍能得到保持,尔后随着份数的增加各项力学性能开始明显下降。通过水解NXT硅烷偶联剂后混入NCC悬浮液使两相上的羟基反应制备得改性纳米微晶纤维素（XNCC）,并替换NCC制备得到NR/CB/XNCC复合材料。通过与制得的NCC对比发现XNCC表面Zeta电位增加,通过与NR/CB/NCC体系对比表明随着NCC被XNCC取代混炼胶的加工性能进一步得到改善,硫化时间进一步缩短,同时体系的佩恩效应也进一步减弱,材料的各项力学性能在10phr时达到最佳,通过DMA测试表明NR/CB/XNCC体系能在保持优异的抗湿滑性能的同时大幅降低滚动阻力。