橡胶材料因其具有高弹性、耐磨性、绝缘性、质轻和加工方便等优点，被广泛用于交通、机械、电子、国防和国民经济的其它领域。随着社会进步和科学技术的发展，人们对橡胶各项性能指标的要求也越来越高。在已有材料基础上，经过适当处理来提升橡胶的各项性能指标是较为合理的方法之一。基于此思想，本论文主要从两方面开展了研究工作。一是针对天然橡胶用补强填料炭黑与白炭黑的表面能高，与橡胶的相容性差，在混炼过程中很难均匀分散于橡胶基体中，从而导致填料对天然橡胶的补强作用有限的问题，采用表面接枝对炭黑与白炭黑进行表面改性处理，改善其在橡胶基体中的分散及与橡胶基体的相容性。研究了接枝改性前后的补强填料对橡胶材料整体性能的影响，主要分三个部分进行了研究。(1)炭黑表面改性及其在天然橡胶中的补强效应研究。针对炭黑表面含氧官能团少，直接进行表面改性效果较差的问题，通过液相氧化增加炭黑表面含氧官能团后，再与聚乙二醇400进行接枝反应，并研究了不同条件对炭黑表面接枝改性的影响。在炭黑表面引入长链有机基团，从而降低了炭黑表面内聚能，增加了炭黑表面空间位阻。将接枝改性炭黑应用于补强天然橡胶，并与未改性炭黑进行比较的结果表明：接枝改性炭黑加入有利于提升天然橡胶的综合性能。(2)白炭黑表面改性及其在天然橡胶中的补强效应研究。针对白炭黑表面硅羟基较多，改性反应较易进行的特点，通过在混炼阶段直接加入改性剂对白炭黑进行固相原位接枝改性，研究了不同改性条件对白炭黑原位接枝改性的影响。将原位接枝改性白炭黑应用于补强天然橡胶，并与未改性白炭黑进行比较的结果表明：原位接枝改性白炭黑加入有利于提升天然橡胶的综合性能。针对改性的影响条件较多的问题，对各种改性条件进行了正交试验，极差分析的结果与单因素分析结果一致。最佳改性条件为：改性剂选用Si-69，最佳用量为8份，分散剂B-52用量为2份，热处理温度为120℃，热处理时间为8min。(3)对炭黑、白炭黑填充天然橡胶进行了应变软化和Payne效应研究。研究了炭黑、白炭黑补强天然橡胶的应变软化和补强机理。结果表明：在低填料填充量时，应变软化机理主要为分子链脱落与滑移；而在高填料填充量时，应变软化机理中聚集体破裂机理开始占主要因素。二是针对炭黑改性虽对天然橡胶的强度、耐磨性等性能提升较大，但对天然橡胶的屈挠性能提升不够；白炭黑改性虽对天然橡胶的屈挠性能提升较大，但对天然橡胶的补强较弱的问题，通过在天然橡胶中并用部分反式天然橡胶、炭黑与白炭黑并用填充等手段来提升胶料的综合性能。研究了不同TPI并用量、不同硫化条件和不同炭黑与白炭黑并用比对胶料综合性能的影响。并将综合性能较好的配方用于弹性球铰的制备，研究了填料原位接枝改性、TPI与NR并用等方法对胶料应用性能的影响。研究结果表明：填充原位接枝改性的炭黑与白炭黑并用，天然橡胶中并用10份TPI的橡胶球铰径向静刚度、轴向静刚度和疲劳寿命都得到了提升。