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本文通过改进的Hummers法制备了氧化石墨烯,并用硅烷偶联剂(KH-570)对氧化石墨烯进行了共价键改性。采用X-射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)对制备的氧化石墨烯(GO)以及改性氧化石墨烯(KH-GO)进行了表征,验证功能化氧化石墨烯在复合材料中的分散性得到了提高。通过多组对照实验,通过熔融共混法与胶乳混合法制备复合材料并探究两种方法对橡胶复合材料产生的性能影响,研究了不同份数的氧化石墨烯与改性氧化石墨烯填充到天然橡胶中产生的性能差异,实验结果表明:1.通过熔融共混法制备的GO/CB/NR复合材料在力学性能方面有显著提高。当氧化石墨烯填加量为0.75Phr时,力学性能达到最佳:100%定伸应力和300%定伸应力分别提升了21%和27.5%,拉伸强度提高了34%。而当KH-GO填充量为1Phr时,KH-GO/CB/NR复合材料的力学性能达到最佳:100%定伸应力和300%定伸应力分别提升了45%和25%,拉伸强度提高了58%,且随着填加份数的增加而增加。2.通过胶乳预共混法制备的复合材料力学性能增强效果更为明显,GO/CB/NR复合材料和KH-GO/CB/NR复合材料的拉伸强度分别提升48%、61%,撕裂强度分别增强了34%、57%,胶乳共混法能够提高氧化石墨烯以及改性氧化石墨烯在橡胶基质中的分散程度,对复合材料力学性能的提升效果优于熔融共混法。3.通过从磨耗量、微观形貌与多重分形谱分析等3个方面对复合材料的高温耐磨性能进行了研究。在温度为60℃,角度为15°,载荷为26.7N的工况下,GO/CB/NR复合材料的耐磨性分为两个阶段:在0-0.5Phr区间内,复合材料的磨耗量随着氧化石墨烯的增大而减小,含量为0.5Phr时,磨耗量为0.44mg。当氧化石墨烯的填充量达到0.75phr时,复合材料在60℃下的磨耗量开始增大,氧化石墨烯的含量达到1Phr时磨耗量为0.49mg。而对于改性氧化石墨烯制备的KH-GO/CB/NR复合材料,其高温磨耗随着改性氧化石墨烯填充量的增加呈线性下降,改性氧化石墨烯含量为1Phr时磨耗量为0.27mg,有效地降低了磨耗损失,复合材料表面磨纹更加平滑。