我国是世界上第三大甘蔗种植地,甘蔗榨糖后残留的大量蔗渣目前仍主要作为废弃物处理。蔗渣含有大量的纤维素,将其作为原料制备纳米纤维素替代传统橡胶填料,不仅可减轻传统填料带来的环境压力,还可为蔗渣的回收利用提供新的途径。本论文以蔗渣为原料,采用四种不同的方法(一种优化后的硫酸法和三种无酸法)制得形貌和性能不同的四种纳米纤维素(BNC),与文献报道的常用的酸解法相比,反应步骤大大简化,耗时更短,试剂更环保,为纳米纤维素的制备提供了更为绿色环保、易于工业化的方法。综合比较四种方法的工艺和产物性能,其中两步法最优,反应条件温和,试剂清洁,产物2-BNC结晶度高,热稳定性较优,而酸解法产物S-BNC分散性好,对橡胶补强性能最优。试剂的反应性强弱和制备条件可决定纳米纤维素的形貌,通过控制试剂强度、超声能量的大小以及反应时长可制备特定形貌的纳米纤维素。选取两步法和硫酸法处理蔗渣制备得到2-BNC和S-BNC,分别补强SBR制备SBR/2-BNC和SBR/S-BNC复合材料,探究两种BNC的加入对SBR性能的影响,并与同等填料份数的SBR/silica硫化胶作对比。结果表明,BNC具有促硫化作用,与常用的SBR体系硫化温度160℃相比,SBR/BNC体系在150℃即可达到最佳硫化温度。BNC与SBR基体界面结合优于白炭黑,在同等填料份数时,SBR/BNC体系交联密度较高,力学性能更佳(SBR/BNC硫化胶与SBR/silica硫化胶拉伸强度、断裂伸长率相当,而300%定伸应力和撕裂强度均明显高于SBR/silica硫化胶),耐磨耗性能更加突出。与2-BNC相比,S-BNC在基体中分散较好,SBR/S-BNC复合材料的力学性能、动态性能更优。在填料份数不超过30phr时,S-BNC几乎可完全替代白炭黑。以S-BNC部分替代CB补强NR制备NR/CB/S-BNC复合材料,探究S-BNC的加入对NR/CB体系性能的影响,并与45phr CB补强的硫化天然胶作对比。结果表明,S-BNC的加入可有效改善CB在橡胶基体中的分散,减弱体系Payne效应,改善胶料加工性能。S-BNC部分替代CB后,复合材料的疲劳温升整体降低,硫化胶的压缩疲劳生热性能得到改善,但在一定程度上会影响复合材料的耐屈挠龟裂性能。综合而言,当S-BNC替代CB份数不超过10phr时,复合填料可在基本保持甚至优于由45phr CB补强的力学性能的同时进一步改善橡胶的疲劳生热性能。