本发明公开了一种塑料增韧分散剂的制备方法及其应用。采用氧化石墨烯、端羧基超支化聚酯为主要原料，制备一种塑料增韧分散剂，利用氧化石墨烯较为活跃的反应性及其界面活性功能，采用活性高、粘度低分散性好端羧基超支化聚酯进行接枝，改性氧化石墨烯表面，使其具有更好的有机溶剂溶解分散性，同时其通过氢键与塑料复合材料形成化学键，锚固桥接塑料树脂及其各个组分，使得复合材料的力学性能及其他性能得到大的提高。本发明制备塑料增韧分散剂所用的设备、方法简单，成不低，易于大规模推广，所制得的塑料增韧分散剂的添加量小，改性方法方便，改善塑料类复合材料的力学性能、加工性能和热性能等有较为明显的效果。