本文首先对聚丙烯薄膜的制备方法、不同种类的聚丙烯高性能薄膜、成核剂的改性研究进行了回顾和概述。对聚丙烯的不同的晶体形态,特别是介晶形态,以及该形态的产生和表征方法进行了阐述。为了把薄膜的制备和改性与薄膜的晶体形态结构、熔融结晶行为以及动态机械性能紧密的联系起来,我们采用了广角X射线衍射(WAXD)、小角X射线散射(SAXS)、原子力显微镜(AFM)、差示扫描量热仪(DSC)、动态力学热分析(DMTA)等多种表征手段,从多个方面就工艺和添加剂对薄膜结构性能的影响进行了综合而细致的研究,并进一步讨论了薄膜结构和性能问的关系,对薄膜扭结性提高的机理进行了研究,最后达到指导流延聚丙烯(CPP)薄膜的制备和改性的目的。本文的主要内容包括流延膜制备工艺对薄膜结构和性能的影响；成核剂种类含量等对薄膜结构和性能的影响;CPP扭结膜的制备,原料、扭结助剂和成核剂等对薄膜结构和性能的影响,及聚丙烯扭结性机理的研究。首先,探讨了流延制膜工艺对等规聚丙烯(i-PP)薄膜晶体结构、晶相转变和性能的影响,借助AFM、WAXD、2D-SAXS和DSC等研究手段,研究了工艺条件如何影响薄膜中介晶相的产生和向晶相的转变,以及转变对薄膜性能的影响。研究发现品相转变是影响流延膜性能的首要因素,薄膜的力学性能主要取决于介晶相向晶相的转化程度,晶相完全转变后,薄膜强度可提高约50%。而且通过固定模头温度(Tdie)下,冷辊温度(Troll)和介晶熔融峰温(Ten)的关系,可以无需进行大量工艺实验,只用少量样品的DSC数据就能初步预测何种工艺条件能够使薄膜的力学性能发生大幅提高。工艺条件方面,主要讨论了冷辊温度和模头温度对薄膜结构性能的影响。研究发现冷辊温度对于等规聚丙烯(i-PP)流延薄膜的晶相结构和性能影响最大。在较低冷辊温度下(<60℃)制备的薄膜中通常含有介晶相结构和较小尺寸的晶体,AFM表明介晶相在Troll低于20℃时表现为一种带状结构,而在Troll高于40℃后转化为球状结构。单斜晶体的含量会随着冷辊温度的提高而增大,同时伴随着长周期和晶体尺寸的增大。在较高Troll(80℃)下,介晶结构消失,薄膜中只含有晶体结构,且薄膜性能发生剧变。由于Ten接近冷辊温度时,薄膜的微观结构和性能都会发生剧烈变化,因此可以通过DSC测定的Ten来初步预测能够使薄膜宏观性能发生大幅改变的起始冷却辊温。随着冷辊温度的提高,单斜晶体的含量不断提高,介晶和晶体结构同时也具有更大的长周期和尺寸,因此薄膜的屈服应力随冷辊温度提高。而模头温度较低时,带状结构介晶更多且在较高冷辊温度下更易向晶体结构转化,因此薄膜力学性能更好。冷辊和模头温度的提高都会使介晶和晶体尺寸增大,从而导致薄膜光学性能的下降。取向对于流延薄膜影响较小,虽然流延薄膜中的介晶和晶体结构都沿MD向有轻微的取向,但这种取向对薄膜力学和光学性能的影响都很小,所得薄膜在宏观上也呈现各向同性。接下来我们研究了不同的成核剂对薄膜晶体结构、熔融结晶行为及其性能的影响。采用a型、p型和全硫化超细粉末橡胶复合成核剂等多种类型的成核剂对CPP流延膜改性,研究薄膜中晶体形态的变化和由晶体形态变化引起的性能变化,特别是研究了全硫化粉末橡胶复合成核剂对流延薄膜晶体形态和薄膜性能的影响。不同种类的成核剂均会阻止CPP薄膜中介晶相的形成,促进晶体的成核和生长。成核剂本身结构和形貌的差异会导致PP薄膜中结晶形态的差异。α成核剂可以加快PP的成核速率,使薄膜中形成大量微晶,对薄膜刚性的提高有较大作用,不同α成核剂在其他制造方法的PP制品中显示的优点,在PP薄膜中也基本能够一一对应,可以针对薄膜对刚性、光学性能等的要求,对成核剂进行选择。加入α成核剂后,薄膜横向(TD)会由韧性断裂向脆性断裂模式转变,薄膜力学性能的大幅提高可能与脆韧转变有关,当TD方向薄膜断裂模式转化为脆性断裂后,再继续加入成核剂,薄膜模量也不再提高。而p成核剂诱导的成核形态和晶体形态比较奇特,且添加p成核剂的PP成核和晶体生长速率较慢。在CPP流延膜的制备条件下,p成核剂改性效果难以充分发挥,不适于对CPP薄膜的力学性能和光学性能进行改性。加入纳米粉末橡胶复合成核剂后,可以解决成核剂在薄膜中易团聚的问题,含有复合成核剂的样品的结晶速度略慢于相应纯成核剂样品,α型复合成核剂还可发挥较好的作用,β型复合成核剂在本文的制膜条件下却难以发挥效果,因此薄膜的力学性能稍差,但光学性能会提高。接下来研究了在含有和不含成核剂的情况下,气刀风量对薄膜结构和性能的影响。发现薄膜中含有成核剂时,其晶体结构和性能主要受成核剂影响,晶体结构、结晶度、力学和光学性能受气刀风量的影响不大。而不含成核剂时,随着气刀风量的提高,薄膜的结晶度增大,内部从低风量下的介晶结构转化为高风量下的晶体结构,其效果近似于提高冷辊温度。随着气刀风量的提高,薄膜力学性能提高,而光学性能急速下降。光学和力学性能的提高通常是互相矛盾的,因此应根据性能的要求,选择平衡的条件。而加入成核剂,可以在提高力学性能的同时,保持较好的光学性能。对于薄膜改性来说是个很好的选择。最后,制备了高性能CPP扭结膜并对扭结性的产生机理进行了探讨。首先对适于制备扭结膜的基体树脂进行了选择,选用高温聚合工艺生产的高等规均聚聚丙烯新型原料制备了CPP扭结膜,发现使用该种聚丙烯原料,所得薄膜比普通流延膜原料制备的CPP薄膜具有更好的模量和力学性能,而且添加扭结助剂后也可达到较好的改性效果。而含有成核剂的PP原料制备的薄膜虽然有较好的力学性能,但扭结性较差,不适于扭结膜的制备。对石油树脂(PR)含量对PP薄膜晶体结构和性能的影响进行了研究,得到下列结论：1.PR会存在于PP的无定形区中,并有阻碍PP结晶的作用；2.PR的刚性环状结构可为PP薄膜提供较高的模量,使薄膜具有较高的刚性和挺度；3.随着PR含量的提高,PP的拉伸应力应变行为会实现由半晶聚合物的韧性断裂向无定型聚合物式的脆性断裂的转变；4.加入PR,有助于薄膜扭结性、力学性能和光学性能的提高。PR含量达到15%后,可制得具有良好扭结性的CPP薄膜。我们还同时采用成核剂(NA)和石油树脂(PR)改性制备了CPP薄膜,并用动态力学性能等研究手段,进一步研究薄膜扭结性的产生机理和影响因素。同时加入PR和NA时,由于PR刚性较高且对无定形区有限制作用,有利于薄膜模量的提高,而NA能够促进结晶,晶体结构的增多也有提高模量的作用,因此二者对于薄膜的模量的提高有协同作用。通过动态力学性能的研究,认为CPP空白样品和加入PR制备的薄膜样品中,α松弛峰代表介晶和不完善小晶体的活动性,而加入成核剂后α松弛峰代表真正的晶区分子链活动性。发现PR的作用主要是极大地限制PP无定形区分子链的活动性和促进介晶和小晶体区分子链的运动；而成核剂的作用却是主要使CPP薄膜中形成难以运动的晶区,并尽可能降低晶区活动性。因此PR能够提高CPP薄膜的扭结性,而成核剂却会使薄膜扭结性下降。