本發(fā)明提供一種改性NSF/NR復(fù)合材料及其制備方法和應(yīng)用，所述方法包括對NSF進(jìn)行兩次表面處理得到分散的NSF體系，將該體系與天然橡膠進(jìn)行混煉制備得到改性NSF/NR復(fù)合材料；所述對NSF的第一次表面處理包括對NSF進(jìn)行溶劑處理后再進(jìn)行改性的操作；所述對NSF的第二次表面處理包括使用CH₂＝CH₂Si(OH)₃溶液進(jìn)一步處理經(jīng)第一次表面處理后的NSF。該方法除了能夠改善復(fù)合材料的耐磨性、定伸應(yīng)力、撕裂強(qiáng)度等力學(xué)性能外，尤其能夠改善纖維在橡膠基體上的分散性，極大地減少纖維與橡膠間因發(fā)生脫粘而產(chǎn)生空洞的情況，改善纖維與天然橡膠基體間的界面粘結(jié)，提升纖維/橡膠復(fù)合材料的綜合性能，同時解決了難加工、膠料流變性能差等問題。