纳米尺度下晶粒细化是一种提升金属/合金材料力学性能成熟且有效的手段。然而,对于年消费量达数亿吨的半结晶高分子,与之相关的实践和理论却鲜有报道。将纳米晶粒细化的概念引入到高分子体系,实现高分子最基本结构单元-片晶的晶粒细化是关键。本论文从高分子结晶特点出发,提出了结合熔体拉伸和快速冷却实现片晶细化的熔体加工方法,并研究了其对材料力学行为的影响,具体内容如下:结合扫描电镜（SEM）、广角X射线衍射（WAXD）、差示扫描量热仪（DSC）、小角X射线散射（SAXS）等测试技术研究了等规聚丙烯（iPP）在熔体拉伸和快速冷却耦合外场下的结晶行为。结果表明,片晶细化不仅体现在晶体厚度和侧向尺寸的成倍减小,同时也反映在片晶分布密度的数量级提高。这种晶粒细化在不牺牲模量和强度的情况下,大大提高了聚丙烯样品的拉伸韧性。经细晶增韧的聚丙烯呈现出纤维绳状断裂形态,说明片晶细化有利于变形诱导纤维化的产生,其为实现材料高韧性的关键因素。这项工作提供了一种在纳米片晶尺度下,通过片晶细化力学增韧半结晶高分子的通用方法。针对高密度聚乙烯（HDPE）材料,通过相似的实验和测试手段研究了不同保温时间、冷却方式及熔体拉伸应变对片晶形态分布及力学性能的影响。该工作再次验证了结合熔体拉伸和快速冷却实现片晶细化的可行性,并且片晶细化极大地增强了HDPE薄膜的拉伸力学性能,说明本论文提出的实现片晶细化的熔体加工方案具有可推广性。同时,通过比较快速冷却、自然冷却以及不同熔体拉伸应变的结果,证明了HDPE中片晶细化的效果对冷却速率具有强依赖性,而与拉伸应变关系不大。