水性聚氨酯以水代替有机溶剂作为分散介质,在带来环境优势的同时降低了力学性能。在探索具有不同微观形貌和尺寸特征纳米纤维素制备技术基础上,研究纳米纤维素形态尺寸对水性聚氨酯的增强作用和机理。结果表明,联合使用机械剪切法和硫酸水解法,调节反应温度和反应时间等工艺条件,可以获得具有不同微观形貌和长度特征的纳米纤维素。当硫酸浓度60%、水解温度55℃、水解时间120 min时,制得纤维素平均长度为0.20μm,长度在10~100 nm范围内的纳米纤维素达到34%,平均直径约为20 nm,平均长径比为10∶1,纤维呈光滑细长飞梭状。乳化预聚体法制备的纤维素/水性聚氨酯乳液具有较好的储存稳定性,纤维素/水性聚氨酯复合薄膜硬度大幅度提高,拉伸强度达到25.41 MPa,相对于纯水性聚氨酯薄膜强度提高346%。