石墨烯具有独特的二维平面结构以及优异的力学、热学和化学特性，在很多高科技领域中具有重要的应用价值和广阔的应用前景，是目前材料科学、化学，物理学等领域的研究热点。然而，石墨烯呈化学惰性且不溶于常见的溶剂，这限制了其广泛应用。鉴于此，本研究利用苯基异氰酸酯对氧化石墨烯（GO）进行表面功能化修饰（iGO），以改善其在PU基体中的分散性能以及界面结合强度；在此基础上，采用原位聚合法和溶液混合法，分别将iGO分散于聚氨酯（PU）合成用的单体体系和 PU原料中，以制备 iGO/PU纳米复合材料，并分别在相同条件下制备纯 PU试样进行对比，以探讨不同含量的 iGO对 iGO/PU纳米复合材料的力学及热性能的影响。　　（1）采用改进的Hummers法制备了GO，随后利用GO表面的活性基团羟基（-OH）和羧基（-COOH）与苯基异氰酸酯中的异氰酸酯基团（-NCO）发生化学反应，将苯基异氰酸酯接枝于 GO的表面。采用红外光谱和X射线光电子能谱对改性产物iGO进行了表征，并考察了其分散性。结果表明：iGO表面有氨基甲酸酯基团（-NH-COO-）和酰胺基团（-CO-NH-）存在，苯基异氰酸酯被成功地接枝到了GO的表面；经比较iGO和GO在不同有机溶剂中的分散性发现改性后的iGO在有机溶剂中的分散性能明显优于GO。　　（2）利用原位聚合法，制备了不同 iGO含量（0.2、0.5、1、1.5 wt%）的iGO/PU纳米复合材料，考查了 iGO的添加量对复合材料力学及热性能的影响。结果表明：当 iGO含量低于1 wt%时，iGO在 PU基体中的分散均匀，无团聚现象；当 iGO含量高于1 wt%时，PU基体中的 iGO出现了明显的团聚现象。随 iGO含量的增加，复合材料的拉伸强度、断裂伸长率均呈现出先增加后下降的变化趋势，当iGO含量为1%时，复合材料力学性能最优，其拉伸强度和断裂伸长率分别为4.3 MPa和500%，相比纯PU分别提高了126.6%和27.3%；热稳定性能也呈现与力学性能类似的变化趋势，当 iGO含量为1wt%时，热稳定性达最佳值，所对应的分解温度分别为320.1℃（失重率5%）和350.2℃（失重率15%），相比纯PU分别提高了23℃和18℃。　　（3）采用溶液混合法制备出了不同iGO含量（0、0.25、0.5、0.75、1 wt%）的 iGO/PU纳米复合材料。考察了不同 iGO含量对 PU纳米复合材料力学性能、热性能的影响。研究结果显示，iGO在 PU基体中分散均匀，无团聚现象；复合材料的拉伸强度和断裂伸长率均随iGO含量的增加而增大，当iGO含量为1 wt%时，PU纳米复合材料的拉伸强度和断裂伸长率分别为46.8 MPa和521.3%，相比纯PU分别提高了72.4%和18.9%；复合材料的热稳定性出现了类似于其力学性能的变化趋势，当iGO含量为1 wt%时，热稳定性达到最佳值，所对应的分解温度分别为324.8℃（失重率5%）和355.8℃（失重率15%），相比纯PU分别提高了20℃和16℃。