聚丙烯(PP)是综合性能优良且发展最快的通用塑料之一,但由于PP分子链为线性结构,其熔体不能产生应变硬化行为,因此PP的熔体强度较低且耐熔垂性能较差,使其在一些领域中的应用受到了限制,如在挤出、压延或涂覆时出现边缘收缩和卷曲,在热成型时致使制品厚度不均,在发泡时泡孔易塌陷等缺陷,提高熔体强度可以有效地克服PP的这些缺点,因此对PP的熔体强度改性研究具有重要的应用前景。本文以提高PP熔体强度为目的,采用通用PP树脂通过一步反应挤出法,制备高熔体强度聚丙烯(HMSPP)。首先,本文选用了乙烯基聚二甲基硅氧烷(VS)为第一接枝单体,苯乙烯(St)为第二接枝单体,在引发剂过氧化苯甲酰(BPO)存在的条件下,通过一步反应挤出法制备得到了无凝胶的HMSPP。FTIR、MFR、GPC、ICP-MS和流变学分析结果表明,St和VS都接枝到iPP分子上,St第二单体的加入不仅可以有效的控制降解,而且当VS和BPO的添加量固定,St的添加量逐渐增加时,HMSPP中St的接枝率逐渐上升,而VS的接枝量先逐渐上升后下降,说明HMSPP的接枝结构中形成了St和VS共聚的支链结构；在动态剪切条件下, HMSPP在低频下的弹性响应明显增强,HMSPP在低频区有较高的η*和G’值,在tanδ～ω图中出现平台,在G’～G"图中偏离了直线,说明接枝改性后HMSPP形成了长链支化结构；在拉伸时HMSPP在较高的拉伸速率1s-1下也出现显著的应变硬化行为,并且其断裂时应变值也提高到3以上。通过单因素优化确定了制备HMSPP的最佳工艺配方：当VS和St的添加量都为iPP的1wt%, BPO添加量为iPP的0.5wt%时,制得的PP-g-VS/St的熔体强度最大,为0.29N,相对于iPP的0.022N提高了12倍,此时其Mw,为384Kg/mol, MFR为0.55g/10min, VS的接枝量为0.027%。其次,通过差示扫描量热仪(DSC)、偏光显微镜(POM)和广角X射线衍射(WAXD)的分析方法研究了HMSPP的结晶行为,分别利用Avrami方程、Hoffman结晶理论和Mo方程、Kissger方程对其等温和非等温动力学进行了描述。研究结果表明：随着熔体强度从0.031N增加到0.29N,HMSPP的结晶温度上升,同时HMSPP的熔融温度和结晶度也升高。相对于iPP,熔体强度最高为0.29N的PP-g-VS/St的结晶温度提高了14左右,熔融温度提高20C左右,结晶度提高6%左右。在等温结晶过程中,随着熔体强度的提高,HMSPP的Avrami指数逐渐减小,接近2,表明HMSPP中支化结构对HMSPP的结晶起到了异相成核剂的作用。在非等温结晶过程的早期,随着熔体强度的增加,HMSPP中的支化结构增多,在结晶的早期促进成核的作用逐渐增强,但在后期由于链段之间的相互作用增加,对球晶的生长的阻碍作用也逐渐增加；随着熔体强度增加,HMSPP中的支化结构增加,促使其折叠链表面自由能降低,而非等温结晶活化能增加；结晶形态方面,随着熔体强度的提高,HMSPP的晶粒逐渐变细,结晶数量逐渐增加,而且HMSPP中支化结构有利于HMSPP在无应力的情况下形成γ晶PP。第三,采用超临界二氧化碳为发泡剂,通过釜式发泡法考察了HMSPP的发泡性能,重点考察了发泡温度和发泡压力对HMSPP泡孔结构的影响。结果表明：接枝单体对HMSPP的发泡性能有很大影响,由于St单体的存在使反应过程降解得到了控制,而VS单体具有高CO2溶解度和低表面能有利于气泡的成核,因此当采用VS/St双单体接枝体系时制备的HMSPP的发泡性能更优,得到的泡沫材料不仅具有较高的泡孔密度,并且具有更小、更均匀的泡孔尺寸；熔体强度对HMSPP的发泡性能具有很大影响,对比熔体强度分别为0.031N、0.23N和0.29N的PP-g-VS/St1、 PP-g-VS/St2和PP-g-VS/St的泡孔结构,发现泡沫样品的开孔泡随熔体强度的提高逐渐消失,泡孔尺寸逐渐变均匀,且只有达到一定的熔体强度的HMSPP,如PP-g-VS/St的熔体强度为0.29N,才能得到泡孔尺寸均匀的闭孔泡沫材料。对发泡性能最好的PP-g-VS/St来说,适宜的发泡温度区间为145～165℃,适宜的发泡压力区间为8～14MPa。在此温度和压力范围内,固定压力为12Mpa时,随着发泡温度的逐渐上升,材料的泡孔密度逐渐减小,平均泡孔直径逐渐增大,表观密度先减小后增大。当温度固定为160℃时，随着发泡压力的逐渐上升,材料的泡孔密度呈现逐渐增大,平均泡孔逐渐减小,表观密度先减小后增大的趋势。当发泡压力为14MPa,发泡温度为160℃时,PP-g-VS/St的发泡倍率最大为66倍,此时其泡沫的泡孔密度、平均泡孔直径和表观密度分别为5.8×107cell/cm3、139.8μm和0.0133g/cm3。第四,本文还研究了注塑成型过程对HMSPP晶型的影响,结果表明在注塑条件下,HMSPP中形成α和p两种晶型,且注塑过程中的降温速率、保压压力、熔体温度和模具温度不是HMSPP形成p晶的关键因素,而注塑过程中剪切作用和快速冷却的共同作用是诱导HMSPP形成β晶的必要条件。以熔体强度最高为0.29N的PP-g-VS/St为例,用流变仪模拟注塑过程中剪切对HMSPP晶型影响时,发现随着剪切速率和剪切时间的增加,PP-g-VS/St中β晶含量呈现先增加后趋于平缓的趋势,且在170～230℃温度范围内,随剪切温度的增加而增加。当剪切速率为70s-1、剪切时间为60s、剪切温度为230℃和降温速率为280℃/min的情况下,PP-g-VS/St中β晶含量达到最大为35.6%,与注塑过程中p晶的含量相当。在力学性能方面,HMSPP的力学性能相对于iPP得到大幅度提高,且随着熔体强度从0.031N增加到0.29N,其HMSPP的拉伸强度、弯曲模量和冲击强度都呈现逐渐增加的趋势。PP-g-VS/St的提高幅度最大,其拉伸强度、弯曲模量和冲击强度相对于iPP分别提高了28.6%、40.0%和466.7%。进一步通过退火的方法将HMSPP注塑成型样条中β晶转化为α晶后,HMSPP的冲击性能有所下降,但是仍大幅度高于iPP提高,表明HMSPP注塑样品冲击性能的大幅度提高是由其本身的支化结构和p晶共同作用引起的。最后,利用HMSPP在注塑过程中可以形成β晶的特点,以PP-g-VS/St为例,考察了HMSPP作为高分子p晶成核剂时对iPP结晶温度、结晶结构、结晶形态及力学性能影响。结果表明：PP-g-VS/St作为高分子β晶成核剂能有效诱导β-iPP的形成,加快iPP的结晶速度,提高iPP的结晶温度,并可细化球晶尺寸,使晶粒分布更均匀,并可以同时改善iPP的刚性和韧性；当PP-g-VS/St的添加量为50wt%时,此时成核iPP注塑样条中p晶的相对含量达到32.8%,结晶温度提高约10℃。当PP-g-VS/St的添加量为70wt%时,成核iPP的冲击强度、弯曲模量和拉伸强度相对于iPP分别提高了260.0%、54.7%和17.2%。