本发明公开了一种聚甲醛/石墨烯纳米复合材料及其制备方法与应用，制备方法包括以下步骤：将氧化石墨烯分散在复合溶剂中，向其中加入胺基类化合物，混合均匀后，再加入端氨基含氟聚醚或端羟基含氟聚醚，分散均匀、干燥后得偶联处理的氧化石墨烯；将聚甲醛、抗氧剂和偶联处理的氧化石墨烯混合均匀后、熔融混炼，即得聚甲醛/石墨烯纳米复合材料。制备的聚甲醛/石墨烯纳米复合材料，其于真空下于230℃受热1小时的热失重率相对于纯聚甲醛降低60-80％，其拉伸强度可达50～60MPa，缺口冲击强度可达7～9KJ/m2左右，断裂伸长率可达40～50％，摩擦系数可达0.12-0.2。