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聚氨酯材料是目前应用非常广泛的一种高分子材料,具有低温柔顺性好、抗冲击性高、粘结性好等优点,但聚氨酯存在不耐高温,耐溶剂性差等缺点。为了对其进行改性,添加纳米材料是一种有效的解决方法。石墨烯是一种优异的纳米材料,具有许多优异的物理化学性能,如高比面积、极佳的导热和导电性能等。然而石墨烯因为其自身的化学惰性,容易产生团聚现象,不易溶于常用的有机溶剂,因此在高分子聚合物基体中的应用存在很多瓶颈问题。本论文以改善石墨烯在聚氨酯中的分散性和界面相容性,以及提高聚氨酯材料的耐热性能和力学性能为目标,对氧化石墨烯进行非共价键和共价键功能化改性,制备了不同的功能化石墨烯,然后以不同的添加方式与聚氨酯混合形成一种共混材料,并对其结构、形态和性能进行了研究和分析。本论文的主要研究内容如下:（1）通过改进的Hummers法制备氧化石墨烯（GO）,通过离子液体[BMIm]Tf2N对GO进行非共价键改性,制备非共价键功能化的氧化石墨烯（IL-GO）;再通过水合肼对其进行还原,制备非共价键功能化的石墨烯（IL-RGO）。采用FT-IR、XRD、SEM和TG对IL-GO和IL-RGO的结构进行了表征,同时研究了它们在有机溶剂中的分散性。结果表明,离子液体已经成功接枝到GO的表面,IL-GO和IL-RGO的团聚现象大幅减少,能稳定分散在N,N-二甲基甲酰胺（DMF）溶液中。（2）通过硅烷偶联剂KH560对GO进行共价键改性,制备共价键功能化的氧化石墨烯（KGO）;再通过水合肼对其进行还原,制备共价键功能化的石墨烯（KRGO）。采用FT-IR、XRD、SEM和TG对KGO和KRGO的结构进行了表征,结果表明偶联剂KH560已经成功接枝到GO表面;其在有机溶剂中的分散性研究表明,KGO和KRGO的分散性都得到了提升,但KRGO在DMF溶液中的分散性比KGO的更好。（3）通过溶液混合法将三种功能化后的石墨烯填料与聚氨酯材料混合,制备了不同含量的石墨烯/聚氨酯纳米复合材料。通过FT-IR、XRD、SEM、TG和拉伸试验等对聚氨酯复合材料的结构、形貌和性能等进行分析。结果表明:三种功能化的石墨烯填料能均匀分散在聚氨酯基体中。结果表明,随着IL-GO、IL-RGO和KRGO含量的增加,聚氨酯复合材料的力学性能和热学性能都得到了提升。当IL-GO的含量达到2.0 wt.%时,IL-GO/PU复合材料的拉伸强度达到最大值为52.6 MPa;当IL-RGO的含量达到2.0 wt.%时,IL-RGO/PU复合材料的拉伸强度达到最大值为49.6 MPa;当KRGO的含量达到2.0wt.%时,KRGO/PU复合材料的拉伸强度达到最大值为51.6 MPa,相比于纯PU分别提高了97%、86%和93%。当失重率为5%时,IL-GO/PU、IL-RGO/PU和KRGO/PU复合材料的热分解温度分别提高了45.05℃、32.51℃和46.01℃。（4）通过原位聚合法制备了不同含量的三种功能化的石墨烯/聚氨酯纳米复合材料。通过FT-IR、XRD、SEM、TG和拉伸试验等对聚氨酯复合材料的结构、形貌和性能等进行分析。结果表明:三种功能化的石墨烯填料能均匀分散在聚氨酯基体中,且都能提升聚氨酯复合材料的性能。随着IL-GO、IL-RGO和KRGO含量的增加,聚氨酯复合材料的力学性能和热学性能都呈现出先增大后减少的趋势。当IL-GO的含量达到1.5 wt.%时,IL-GO/PU复合材料的拉伸强度达到最大值为56.3 MPa;当IL-RGO的含量达到1.0wt.%时,IL-RGO/PU复合材料的拉伸强度达到最大值为45.7 MPa;当KRGO的含量达到1.5 wt.%时,KRGO/PU复合材料的拉伸强度达到最大值为62.1 MPa,相比于合成PU材料分别提高了202%、145%和233%。当失重率为5%时,IL-GO/PU、IL-RGO/PU和KRGO/PU复合材料的热分解温度分别提高了46.99℃、30.8℃和55.68℃。