高密度聚乙烯是一类典型的半结晶聚合物，具有以小晶块为结构基元的层状片晶结构。本论文通过改变样品的制备方法、热处理条件以及样品种类，采用同步辐射小角X射线散射(SAXS)技术观察了高密度聚乙烯在不同应变和温度下的微观结构，并以此为基础研究了控制其形态转变的形变机理。所有的实验结果都表明：高密度聚乙烯在拉伸形变的过程中首先出现片晶内部小晶块之间的滑移，然后在较大的应变处发生应力诱导的晶块破碎-重结晶过程，生成沿拉伸方向取向的纤维结构。本研究工作的主要内容包括：　　 1、通过观察退火对不同应变的样品的影响，发现退火对中等应变的样品的微观结构产生最显著的影响。由于样品在中等应变时发生应力诱导的晶块破碎-重结晶过程，所以体系内同时存在原有的片晶和新生成的片晶。虽然重结晶生成的新片晶具有较小的长周期，但它们比经历剧烈内应变的原有片晶更稳定。因此，当退火温度低于100℃时，原有的片晶先发生熔化，然后在作为晶核的新片晶的表面重结晶。然而，新生成的片晶具有一定的稳定性极限。在120℃退火时，这些厚度较薄的新片晶在中等应变条件下也能被熔化，从而导致体系内片晶结构的各向同性分布。　　 2、为了与退火实验对比，我们观察了淬火的高密度聚乙烯在不同拉伸温度下的微观结构演变。当拉伸温度低于100℃时，样品依次表现出相似的形变过程，而样品在120℃拉伸时呈现独特的形变特征。这是由于经历小晶块滑移的原有片晶在120℃时不再稳定，因而发生熔融一取向重结晶过程，生成法线方向平行于拉伸方向的新片晶。另外，125℃等温结晶的样品在120℃拉伸时表现出的形变行为与室温拉伸的淬火样品相类似。因此，构成片晶的小晶块的热稳定性与结晶温度密切相关。结晶温度越高，小晶块在拉伸时表现得越稳定。我们发现与晶块破碎和纤维生成相对应的临界应变值位于εH=0.4，而且它不随拉伸温度和初始片晶厚度的变化而变化。即使样品的初始形态存在较大的差异，拉伸产生的纤维结构的长周期与拉伸温度之间仍存在一一对应关系。　　 3、高温下等温结晶的单峰高密度聚乙烯样品在形变的前后都出现两组周期性不同的片晶。在形变的过程中，虽然受到分子链活动能力的限制，样品中线性的长链和带支链的短链仍能发生部分的互容，从而生成共晶。这表明样品在单轴拉伸的过程中发生了晶块破碎-重结晶现象。另外，样品在拉伸的过程中出现两个临界应变值，分别位于0.4和1.2。这是因为半结晶聚合物在拉伸过程中的应变是均匀分布的，而两组片晶具有不同的非晶区平均厚度，从而导致缠结的非晶区网络具有不同大小的模量，因此破坏两组片晶所需要施加的应变存在较大的差异。　　 4、研究了形变和退火对双峰聚乙烯微观结构的影响。与单峰聚乙烯不同，双峰聚乙烯样品中原有的片晶和应力诱导的新生成片晶在选择的退火温度下都能稳定存在。这是因为体系内有效缠结密度的降低使片晶受到较小的内应力。当εH～1.0时，双峰聚乙烯样品中开始出现纤维结构。该值明显地大于单峰聚乙烯(εH=0.4)。这是因为与单峰聚乙烯相比，双峰聚乙烯中的非晶区平均厚度更大，因而具有较高的流动性能和较低的模量。同时这一发现也有助于我们理解为什么双峰聚乙烯具有优良的抗缓慢裂纹生长性能。　　 5、对于熔融-拉伸的高密度聚乙烯，在室温下样品中出现柱晶结构。样品在加热过程中的形态变化和退火实验表明，柱晶形成的分子机理是：在外界应力的诱导下，无规缠结的非晶区网络中的分子链段发生拉伸取向，这些伸展的分子链束沿外力方向形成纤维状晶，然后其它的可结晶分子链在垂直于拉伸方向折叠生长形成片晶，最后相邻片晶之间的相互交错堆砌生成了柱晶。　　 综上所述，高密度聚乙烯在从球晶结构转变为纤维结构的拉伸过程中依次出现小晶块滑移和应力诱导的晶块破碎-重结晶机理。这两种形变机理之间存在一个临界应变。其值的大小与非晶区的流动能力密切相关，而与拉伸温度和片晶厚度无关。而对于熔融-拉伸的高密度聚乙烯，样品在应力的诱导下生成相互堆砌的串晶结构。