本研究通过超声处理与机械剪切结合的分散方法，制备了机械剥离氧化石墨而得的石墨烯微片增强的聚醚胺（T403）与脂环胺（DMDC）固化的Epon828环氧树脂复合材料。应用扫描电子显微镜（SEM）、高分辨透射电子显微镜(HTEM)、X射线衍射法（XRD）对GNPs微观结构进行了分析。并对其增强的复合材料力学性能和导热性能、热稳定性能、线寸稳定性、气体阻隔性以及微摩擦行为进行了研究。GNPs的加入使其环氧树脂复合材料的拉伸强度和弹性模量有所提高。但是弯曲与冲击强度均有所下降。GNPs对材料的导热与热稳定性能的也有所提高，同时制得的复合材料的N2透过率下降。静态热膨胀实验结果表明GNPs的加入使材料的线性热膨胀系数在玻璃化温度以下有降低的趋势。微摩擦试验表明，GNPs的加入使环氧树脂复合材料的摩擦系数和体积磨损量均有所降低，有助于提高材料的耐磨擦性能。未改性GNPs与环氧树脂之间界面性差，对GNPs进行表面接枝聚合物以改善其在树脂中的浸润效果。首先利用GNPs表面羟基与硅烷偶联剂缩合反应，其次通过原子转移自由基聚合法（ATRP）在GNPs表面分别成功接枝了聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA），和聚甲基丙烯酸缩水甘油酯（PGMA）。应用SEM与TEM、红外光谱（FIR）、 XRD与X射线光电子光谱（XPS）分析了化学接枝前后GNPs的微观结构变化。然后将表面接有PMMA与PGMA的GNPs分别加入到环氧树脂中，研究它们对环氧树脂复合材料力学性能与、热稳定性、和尺寸稳定性的影响。结果表明，表面接枝PMMA或PGMA的GNPs均比原始GNPs对环氧树脂的力学性能提高更为显著。同时改性后的GNPs对材料的耐热性与热稳定性方面也有更明显的改善。在材料玻璃化转变温度以下，改性后的GNPs对复合材料的线型热膨胀系数有大幅度的降低。结合分析，表面接枝PGMA的GNPs比表面接枝PMMA的GNPs对环氧树脂性能增强效果更佳。