天然纤维增强热塑性复合材料由于具有低成本、低能耗、环境友好及可持续发展等一系列的优点得到了极大的关注,产品应用日益广泛,但尚有许多问题需要解决。本文以剑麻纤维为增强材料,聚丙烯为热塑性树脂基体,详细研究了天然纤维复合材料性能改善中的一些基本问题。为提高复合材料的性能,着重研究了三种改善的途径：天然纤维的本质改性,纤维与树脂基体之间的反应性增容以及纤维与常规填料的混杂增强。借鉴木质材料生物矿化原理对天然纤维进行改性,探讨了纤维改性后力学性能的变化以及复合材料的力学性能,分析了纤维本质改性与硅烷溶液组合改性的机理,观察了改性前后纤维及复合材料断面情况。通过对纤维表面进行硅烷活化改性以及在基体之间添加功能性相容剂促进了纤维与树脂基体之间的化学反应,改善了复合材料中的界面粘结。考察了低成本的常规无机填料与剑麻纤维混杂增强对复合材料性能的影响,材料的模量得到了大幅提高。对复合材料中纤维的形态分布进行了量化,考察了不同混合工艺及纤维的表面处理对复合材料中纤维形态分布的影响,研究了纤维的形态分布对复合材料性能的影响。为了改善复合材料的界面结合,了解界面形成的过程以及制备高性能化的复合材料,详细研究了静态、动态条件下聚丙烯树脂对纤维的浸渍情况,采用热力学方法估算了自发浸润铺展情况,详细分析了毛细力在复合材料制备过程中的作用。着重研究了复合材料的冲击性能,详细探讨了纤维含量、基体树脂类型、相容剂类型对复合材料冲击性能的影响。考察了天然纤维性能的分散性,采用修正的Weibull分布模型确定了纤维在临界长度下的拉伸强度,并对复合材料的冲击性能进行了理论预测。基于单胞模型法与层合板理论提出了GMCL方法用于复合材料宏观性能的预测,深入考察了纤维体积分数、纤维截面形状、纤维分布形式、纤维尺寸随机、界面结合强弱等因素对复合材料各项宏观性能的影响。与企业结合进行了产品试制,就成型过程中出现的缺陷进行了分析,初步探讨了天然纤维复合材料在家电壳体方面的应用情况。本文在天然纤维的本质改性、纤维分布的定量描述、冲击性能的提高以及宏观性能的预测方面进行了创新性的研究工作,并取得了较好的研究成果。