纳米化学与传统的聚氨酯化学相结合是改性聚氨酯弹性体的结构与性能的重要方法。纳米改性聚氨酯弹性体常用的材料有石墨烯、碳纳米管、粘土、生物质纳米材料等,并取得了较好的阶段性改性效果。然而,在聚氨酯改性化学中由于纳米粒子的自团聚现象难以实现高剥离分散的科学难题并未得到很好的解决,弱化了纳米粒子对聚氨酯的复合改性效果。本论文以具有sp~2杂化结构且可直接参与聚氨酯化学反应的功能化无机微纳碳材料与生物质乌贼墨作为纳米增强剂改性聚氨酯弹性体,改善了纳米粒子在聚氨酯弹性体基体中的分散性,发挥纳米粒子电子离域效应,制备出可导热的高性能聚氨酯复合材料。本论文主要包括以下三部分工作。首先研究了工艺条件对异氰酸酯改性氧化石墨烯的影响以及改性氧化石墨烯对聚氨酯弹性体性能的影响。研究工作采用二异氰酸酯对氧化石墨烯进行有机改性,探究了异氰酸酯与氧化石墨烯反应时间长短对氧化石墨烯改性效果的影响,以及不同改性程度的氧化石墨烯对复合材料性能的影响。实验结果表明:氧化石墨烯结构缺陷增加,表面含氧官能团替换为-NCO,有机改性成功。以文中实验条件反应12 h时,改性效果最佳,合成的聚氨酯纳米复合材料的拉伸强度提高250%,Tg提高3℃,热重起始分解温度提高,热传导率提高110%,热容提高60%。数据证明了异氰酸酯改性的氧化石墨烯较好地改善了聚氨酯复合材料的力学性能以及热稳定性,其特有的碳原子sp~2杂化结构有利于热量的传导,复合材料热导率比空白材料提高100%。其次研究了异氰酸酯改性多壁碳纳米管复合聚氨酯弹性体的结构与性能。使用异氰酸酯对碳纳米管进行改性,带有异氰酸基的碳纳米管与多元醇进行反应,将NCO@MWCNTs与聚氨酯弹性体的分子主链接枝联结,碳纳米管与聚氨酯基体相容性得到了较好的改善,制备出系列不同含量的MWCNTs/聚氨酯弹性体复合材料,研究了材料的微观形态、物理性能和热力学性能等,深入讨论了改性碳纳米管的加入量对聚氨酯复合材料性能的影响。实验结果表明:改性后的NCO@MWCNTs结构依然完整,NCO@MWCNTs长度较改性前未出现缩短,分散性有明显提升,并且MWCNTs以较好的分散性与基体结合,形成良好的界面结合力;随MWCNTs加入量的增加,改性效果呈现先增加后减小的趋势,当加入0.3%wt时改性效果最佳,复合材料拉伸性能提升600%以上,同时玻璃化转变温度提高了5℃,热传导率最大提高50%。证明了异氰酸酯改性的多壁碳纳米管能够在聚氨酯弹性体中良好分散,碳纳米管的碳原子sp~2杂化结构改善了聚氨酯弹性体复合材料的机械性能以及导热能力。最后详细探究了异氰酸酯改性生物质乌贼墨纳米粒子复合聚氨酯弹性体的结构与性能。使用二异氰酸酯对乌贼墨进行改性,将带有异氰酸基的乌贼墨与多元醇进行反应,并对不同添加量的生物质乌贼墨粒子对聚氨酯复合材料性能的影响进行了研究。实验结果表明:分离改性后的乌贼墨粒子分散性提高,以化学接枝方式反应到聚氨酯基体中。加入3%wt乌贼墨时改性效果最佳,拉伸强度提高了60%。具有sp~2离域结构的乌贼墨粒子还能提升复合材料的抗热氧老化性能,经过150℃、2 d老化,相比未改性材料物理性能下降率减少10%,拉伸强度相比未改性酯弹性体材料高6 MPa。高温拉伸强度得到显著提升,热重起始分解温度提高21℃,Tg降低5℃,热传导率提高30%。论文的研究结果表明,具有sp~2电子杂化结构的无机微纳碳材料和生物质粒子均能提高聚氨酯弹性体的力学性能和导热性,研究工作为制备可导热的高性能聚氨酯弹性体奠定了基础。