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无规共聚聚丙烯(PPR)是由丙烯与少量α-烯烃在一定温度、压力和催化剂作用下聚合得到，其韧性和透明性优于等规聚丙烯(iPP)。添加β-成核剂(β-NA)可进一步提高PPR的韧性和热变形温度，因而受到工业界和学术界的广泛关注。PPR/β-NA体系在一定条件下会同时生成α、β和γ三种晶型。与iPP相比，PPR对β-NA的晶型选择性要求更高，因此可以通过β-NA的种类和含量对PPR/β-NA体系的结晶结构进行调节，有助于阐明PPR/β-NA体系结构与性能之间的关系，这对于开发高性能的聚丙烯材料具有重要意义。本论文选择对PPR（共聚单体乙烯含量为5.6mol％）表现出不同成核能力的β-NA:对苯二甲酸环己酰胺（TMB-5）和庚二酸钙(Ca-Pim)，综合利用广角X-射线衍射（WAXD）、小角X-射线散射(SAXS)、差示扫描量热分析(DSC)、扫描电子显微镜(SEM)、动态机械热分析(DMA)和红外光谱(IR)等多种高分子物理表征手段，系统研究了PPR/β-NA体系的结构形成、外场作用下的结构演化及结构与性能之间关系，主要研究结果如下: 1.PPR/β-NA体系结晶结构的研究 系统研究了PPR/TMB-5和PPR/Ca-Pim两体系的结晶行为。WAXD和DSC结果表明Ca-Pim诱导PPR形成β晶的能力明显优于TMB-5，TMB-5可有效诱导PPR形成α晶，明显提高PPR的结晶速率。这可能与两种β-NA不同的诱导成核机理相关:TMB-5基于晶格匹配机理诱导形成β晶晶核，PPR中共聚单体乙烯会影响晶格匹配的程度，从而阻碍β晶晶核形成，另外，TMB-5可诱导形成α晶晶核，并且PPR中α晶的生长速率快于β晶;而Ca-Pim诱导β晶成核的过程受分子链缺陷的影响较小。PPR/TMB-5体系中β晶相对含量（kβ）随TMB-5含量增加而增加，但最大值不足50％; PPR/Ca-Pim体系中kβ可达90％，且受Ca-Pim含量影响不大。降温速率及降温截止温度影响PPR/β-NA中α、β和γ三种晶型的相对含量，在所研究的降温速率范围(1-50℃/min)内，快速降温利于体系中β晶形成。 2.熔体剪切对PPR/0.1 wt％Ca-Pim体系结构形成的影响 利用X-射线原位研究了PPR/0.1 wt％Ca-Pim体系在静态及熔体剪切条件下的结晶行为。结果表明，在强剪切作用（剪切速率为5s-1，剪切时间为20s）下，PPR分子链的取向导致体系中α晶和γ晶的成核能垒降低，促进了α晶晶核的形成和γ晶的自成核;同时明显抑制了Ca-Pim诱导形成β晶晶核;体系晶核密度增加，半结晶时间和结晶诱导期变短。无论是否存在剪切作用，β晶均呈现各向同性，α晶和γ晶的取向程度随剪切应变增加而增大。α、β和γ三种晶型在成核和生长过程中的竞争，导致体系在不同的剪切条件下表现出不同的结晶行为。随剪切应变增加，β晶含量逐渐减少，α晶和γ晶含量则呈增加趋势。PPR/0.1 wt％Ca-Pim体系的结晶度由于独立成核γ晶的形成而增加。 3.拉伸外场作用下PPR/0.1 wt％Ca-Pim体系的结构演变研究 原位X-射线研究结果表明，以β晶为主要晶型的PPR（PPR/0.1 wt％Ca-Pim，简称β-PPR）在单轴拉伸过程中存在晶型转变、晶体取向和孔洞化行为,三者相互联系且具有温度依赖性。在30℃拉伸β-PPR样品时，随应变增加，β晶逐渐转变成介晶结构，法向平行于拉伸方向的β片晶优先发生晶型转变，分子链垂直于拉伸方向的β晶得以余留;由于30℃时分子链运动能力弱，形变过程中孔洞化先于剪切屈服发生，且存在孔洞重新取向的现象。在100℃拉伸时，在弹性形变区，β-PPR表现出拉伸膨胀行为，子午线方向上长周期增加是由片晶分离所致，而赤道方向上长周期增加与β片晶的取向方式相关;屈服点后，随应变增加，β晶逐渐转变为α晶，由于100℃时分子链运动能力增强，形变过程中无孔洞产生，β晶在全部转变为α晶之前在系带分子的作用下发生旋转，使得残留的β晶呈现出分子链平行于拉伸方向的取向状态。 4.PPR/β-NA体系的结构与性能关系研究 注塑成型的PPR/TMB-5和PPR/Ca-Pim样条由高取向的皮层和弱取向的芯层组成，皮层与芯层的结晶度和kβ存在差异，且均受到β-NA种类与含量的影响。利用PPR对β-NA的选择性，成功制备了芯层具有不同kβ的注塑样条。β晶在冲击过程中通过晶型转变和片晶运动消耗能量，使PPR/β-NA体系具有良好的冲击韧性。通过将PPR/β-NA样品的缺口冲击强度与样条芯层内kβ关联，确定β-NA改性PPR体系存在脆-韧转变临界kβ值。