纤维素是自然界中非常丰富的天然高分子材料之一,在热带地区,菠萝叶纤维是一种优良的纤维素来源。由于天然纤维价格低,密度低,具有极高的杨氏模量和拉伸强度,另外,其具有可降解和可再生等特性,因此天然植物纤维作为一种增强材料的潜在优势引起了科学工作者的高度重视,其在制备高性能复合材料中显示出了很大的应用前景。纳米纤维素晶体(Nano-crystalline cellulose, NCC),是一种粒径为1-100nm之间的细小颗粒。NCC的比表面积极大,表面含有大量的羟基,粒子之间容易发生团聚,使其失去纳米粒子的特性,因此在实际应用过程中应对NCC进行表面改性,降低其表面能,同时还能通过表面改性赋予纤维粒子更多不同的特性,扩大了NCC的应用范围。天然橡胶复合材料的加工方法通常是在干胶中加入补强剂和各种配合剂经“干法”混炼而成,在混炼过程中粉体飞扬,污染环境还严重危害操作人员的身体健康。因此本文采用具有高分散性、经济环保的“胶乳共混”的“湿法”工艺制备NCC/NR复合材料。硫酸降解法能够高效制备出NCC,本文采用丰富的热带农作物菠萝叶纤维作为原材料,制备出粒径30-50nm的高纯度、高结晶度、大小均一的NCC,并用硅烷偶联剂Si69对其进行表面改性,通过红外光谱(FTIR)、扫描电镜(SEM)、粒度分析、Zeta-电位分析、接触角测量和热重分析可知,NCC表面成功接枝上了Si69,颗粒分散性变好,电位绝对值增大,NCC能够稳定分散于水溶液中。通过硅烷偶联剂的桥梁作用,经Si69改性后的NCC能与天然橡胶基体紧密结合,使基体和NCC之间形成交联网络结构,提高了纳米粒子与基体的相容性,制备出高性能的NCC/NR纳米复合材料。本文通过胶乳共混的湿法工艺制备不同含量比的复合材料,并通过SEM、力学性能分析、热重分析、动态热机械性能分析(DMA)可知,NCC能够较好地补强天然橡胶,而改性后的NCC补强效果更突出。当改性NCC含量比为3%时,复合材料的拉伸强度达到最大值,高达28.03MPa,比纯胶的拉伸强度提高了7.00MPa。同时复合材料的撕裂强度得到大幅度的改善,由纯胶的34.26N/mm提高到79.12N/mm。SEM显示,改性NCC能在天然橡胶基体中均匀分散,且二者相容性较好。DMA分析结果表明,NCC的加入能提高材料的刚性,复合材料的弹性模量升高,玻璃化转变温度提高。