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本发明属于复合材料领域,具体涉及一种填充增强用表面改性纤维及其制备方法、纤维增强复合材料。该填充增强用表面改性纤维由纤维本体和负载于纤维本体表面上的杂化涂层构成,杂化涂层由聚乙烯醇基体和分散在聚乙烯醇基体中的碳基纳米材料组成,杂化涂层中聚乙烯醇与碳基纳米材料的质量比为(0.5~5):(0.1~5)。本发明的填充增强用表面改性纤维能够增大纤维表面的表面粗糙度与表面能,在制备纤维增强复合材料时,能够提高纤维与基体的复合效果,增加界面层密度,提高复合强度。