石墨烯具有优异的热、力学性能,是制备功能型复合橡胶的理想填料。然而,如何增强石墨烯与橡胶基体的界面作用以及改善其分散性仍是一大挑战。本文围绕这些问题,对石墨烯进行改性,重点研究了改性石墨烯对橡胶复合材料的热、力学性能的影响。采用超声辅助超临界CO2方法制备石墨烯,经3-氨丙基三乙氧基硅烷（APTES）改性,改善了石墨烯与橡胶基体间的界面作用。采用“预混合”方法制备硬脂酸为载体的石墨烯母料,解决了机械共混法分散性差的问题。对天然橡胶/改性石墨烯（NR/m GNS）与丁腈橡胶/改性石墨烯（NBR/m GNS）复合材料的热性能进行研究。结果表明:3份m GNS的加入使NR、NBR的导热性能分别提升了108%和194%,压缩温升降低了8.9℃和9.9℃。与损失了大量导热、导电性能的氧化石墨烯（GO）以及还原氧化石墨烯（r GO）不同,超声辅助超临界CO2方法制备的石墨烯可以有效改善复合材料的热性能。研究了NR/m GNS复合材料的力学性能与增强增韧机理。单轴拉伸实验结果表明:2份m GNS的加入使得复合材料拉伸强度、断裂伸长率和韧性分别提高了1.53 MPa,59%和21%,正切模量降低了0.64MPa。验证了材料的高强度和高韧性往往是相互排斥的特性。选用Mooney-Rivlin,Arruda-Boyce和Yeoh三种超弹性本构模型对实验数据进行拟合,并利用ABAQUS建立有限元模型,分析应力云图。通过确定系数和曲线图叠加对拟合优度进行评估。并给出了依据应变范围合理选择模型的建议。研究了NR/m GNS复合材料的蠕变和回复行为。实验结果表明:复合材料的蠕变应变对温度的变化十分敏感,且随着温度升高而明显增加。在各测试温度下（25℃、50℃和75℃）,NRC-1～4的蠕变应变均低于未添加m GNS的空白样NRC-0,在75℃时,NRC-3比NRC-0的蠕变应变低38.03%。利用Burgers模型和Weibull分布函数对复合材料的蠕变和回复性能进行参数拟合,得出结论:m GNS的加入使聚合物的流动粘度降低,蠕变速率升高,不可逆应变减少。结果表明,分散良好的m GNS可以有效抑制天然橡胶分子链的滑动,减少复合材料的蠕变。