石墨烯超高的比表面积和超强的杨氏模量为制备力学性能优异的环氧树脂基复合材料提供了可能,然而将石墨烯均匀地分散在环氧树脂中并且避免二次团聚是一个重要而充满挑战的课题。本文采用原位机械球磨的方法使石墨烯粉体在环氧树脂中分散的同时再剥离,并且将石墨烯添加量降低到ppm以避免石墨烯的二次团聚,从而得到了分散较好、与基体界面紧密结合的微量石墨烯/环氧树脂纳米复合材料。在环氧树脂的保护下,石墨烯在球磨过程中减少了缺陷的生成,从而保留了石墨烯高强度特性。本文还探究了微量聚氨酯和聚碳酸酯分别对环氧树脂的增韧效果,并选择较佳的热塑性树脂与石墨烯一起共混协同改性环氧树脂最终得到综合性能优异的三元复合材料。(1)经过原位机械球磨的分散再剥离以及对母液稀释制备得到了力学性能良好的微量石墨烯/环氧树脂复合材料。石墨烯添加量为100ppm时弹性模量最佳,达到了2853MPa,提高了15.3%,与通过建立模型、理论计算得出的结果相一致。(2)分别用原位聚合法和溶液共混法制备了微量聚氨酯/环氧树脂复合材料和微量聚碳酸酯/环氧树脂复合材料。两种热塑性树脂对环氧树脂都有较好的增韧结果,而聚碳酸酯增韧效果更显著,其冲击强度最大值为19.81KJ/m~2,提高了130.1%。(3)将微量石墨烯和微量聚碳酸酯共同按比例添加进环氧树脂中共混制备得到各项综合性能优异的三元复合材料。具体表现为加入100ppm石墨烯和50ppm聚碳酸酯时其弹性模量达到了3320MPa,提高了37.7%。加入50ppm石墨烯和100ppm聚碳酸酯时其冲击强度达到了最大为22.08KJ/m~2,提高了144.8%。