以天然橡胶（NR）为基体,白炭黑（SiO₂）为填料,再结合各类橡胶加工常用的助剂,所制备得到的“绿色轮胎”具有优异的抗湿滑性能、机械性能、耐磨性能,滚动阻力低,能大大降低轮胎在行进过程中的油耗。由于SiO₂和NR均是电和热的不良导体,轮胎在行进过程中因大量生热加速了橡胶的老化,大大缩短了使用寿命。另外,轮胎表面与地面摩擦产生的静电容易导致火花和放电现象,对轮胎的行驶带来了安全隐患。石墨烯因其优异的力学性能、导电性、导热性、光学特性、阻隔性能等优点,被广泛应用于制备复合材料。因此,本文采用了环保高效的方法制备了石墨烯纳米片（GNs）,将GNs与改性SiO₂并用,研究了GNs用量对GNs/SiO₂/NRs三元复合材料导热、抗静电、力学等性能的影响。主要研究内容及结果如下:（1）采用不同种类的偶联剂（KH550、KH570、KH580、NXT）对SiO₂湿法改性,通过机械共混制备了SiO₂/NR复合材料,探讨了不同结构的偶联剂对SiO₂填充NR性能的影响。通过对改性前后的SiO₂结构进行表征,并对SiO₂/NR复合材料的硫化特性参数、流变行为、力学性能、耐溶剂性能等方面进行探讨,得出如下结论。这几种偶联剂均能降低SiO₂的表面能,与SiO₂表面的羟基发生脱水缩合,使其由亲水性转变成疏水性,提高了填料与基体之间的相容性。与未改性SiO₂/NR复合材料相比,改性SiO₂/NR复合材料的力学强度、耐溶剂性能、耐切割性能得到了提高,填料分散得更均匀。NXT因其结构中的长碳链结构,与NR相容性良好,巯基参与了硫化过程中三维交联网络的形成,因此,与其他几种偶联剂相比,NXT-SiO₂/NR复合材料各项性能更佳。（2）以可膨石墨（EG）为原料,通过高温膨胀1min,得到长径比较高的石墨蠕虫（GW）,大大降低了剥离过程的能量需求。通过O₃对GW进行边缘氧化,通过改变氧化时间来控制GW表面的含氧官能团含量,得到含氧量不同的氧化石墨蠕虫（GWO）。选取含氧量适中的GWO分散在乙醇溶液中,在胶体磨机中研磨3h,得到石墨烯纳米片（GNs）浆料,通过旋转蒸发仪使溶剂挥发,得到GNs粉体。将GNs均匀分散在NR胶乳中,经絮凝、干燥等步骤制备GNs/NR浓缩母粒,最后以机械共混法制备GNs含量分别为0、0.2wt%、0.5wt%、1.0wt%、2.0wt%的GNs/NR复合材料。通过XPS、XRD、TEM、SEM对GNs进行表征,结果表明EG成功转变成了GNs。对复合材料的导热系数、电导率、力学性能、动态力学性能进行了测试,发现随着GNs在复合材料中用量的增加,以上性能呈现有规律的变化。其中,与纯NR相比,2.0wt%GNs/NR复合材料的导热系数增加了50%,电导率提升了5个数量级。（3）选择对SiO₂改性效果较好的偶联剂NXT对SiO₂进行改性,以EG为原料通过边缘氧化和机械剥离等工艺制备了GNs,通过胶乳共混制备了20wt%GNs/NR浓缩母粒,最后采用简单的机械共混法制备了GNs/SiO₂/NR复合材料,探讨了GNs与SiO₂并用对NR性能的影响。对三元复合材料的硫化特性、加工性能、力学性能、导热性能、抗静电性能、动态力学性能、热稳定性能等进行了研究。结果表明,GNs与SiO₂并用有助于改善彼此在NR基体中的分散性,随着GNs含量的增加,三元复合材料的力学性能得到适当提升,加工性能也得到了改善。与SiO₂/NR复合材料相比,2wt%GNs/SiO₂/NR复合材料的面内导热率提高38.1%,面间导热率提高了36.21%,电导率达到4.2×10^-8S/m,达到了可以作为抗静电材料的要求。