纳米粒子可显著提高橡胶材料的力学性能,同时也会增强其非线性行为。阐明补强与非线性机理,有助于更好地调控材料性能。目前对橡胶补强与非线性行为（或Payne效应）微观机理还没有形成统一认识,已有模型预测结果往往与实验结果不符,且很少考虑基体的黏弹性贡献。本文研究了橡胶纳米复合材料中界面、粒子和基体对补强和非线性行为的贡献。主要工作如下:（1）利用差示扫描量热结合宽频介电谱研究了白炭黑填充丁腈橡胶混炼胶（NBR/SiO2）及其粒子凝胶中的链段松弛运动,发现结合橡胶含玻璃化层、强受限层、弱受限层、自由组分等多层次结构,且自由橡胶组分会影响结合胶弛豫。（2）构建了白炭黑网络骨架/聚丙二醇复合物模型体系。首次从实验上分离出界面分子的补强和损耗贡献,发现界面层对补强的贡献约为30-50%,且主导了高频损耗。（3）分析了弱界面相互作用体系中基体分子链几何受限状态及其对补强与非线性行为的贡献。通过构造时间-浓度等效原理（TCS）主曲线和理论模拟,揭示了流体动力学效应和基体分子链松弛受限对补强的共同作用。通过构造Payne效应主曲线和受限释放模型模拟,揭示了受限基体大应变下加速解缠结对复合材料非线性的主导作用。粒子的作用在于通过应变放大效应使基体在更低的宏观应变下呈现非线性。（4）研究了强相互作用体系中填料表面化学性质对NBR/SiO2体系补强和非线性的影响。通过构造TCS主曲线,揭示了亲水白炭黑对分子松弛更强的限制作用。白炭黑表面形成的界面层,加强了流体动力学补强效应和应变放大效应。（5）研究了交联NBR/SiO2体系中补强与非线性的来源。交联体系TCS叠加曲线横向平移因子为1,补强与损耗主要源于流体动力学效应。以基体为参考,填充体系交联前后均可构造Payne效应主曲线,且Payne效应临界微观应变相同,表明交联体系中非线性行为也是由基体主导的。（6）研究了交联NBR分子结构与黏弹行为的关系。结果表明,缠结网络对体系模量贡献占主导。体系的损耗和大应变下的非线性主要来源于末端链的松弛。