磷石膏（PG）是湿法生产磷酸过程中排放的固体废弃物,利用率不高,对环境的污染是一个亟待解决的问题,目前磷石膏的资源化和高值化利用是磷化工行业的研究热点之一。本文以磷石膏为原料,通过改性和晶型调控,制备出维度小于100 nm的无水纳米硫酸钙（nano-Ca SO₄）,将其添加到线性高密度聚乙烯（HDPE）材料中来提高其力学性能。主要的研究成果如下:（1）研究了无水nano-Ca SO₄的制备工艺。以磷石膏为原料,借助SEM、TEM和XRD等分析测试手段,研究了不同比例HNO₃和H₂SO₄的添加量、乙醇/丙三醇和CTAB的加入量、以及反应温度对磷石膏制备无水nano-Ca SO₄形貌的影响。当丙三醇∶乙醇的体积比为2∶1,PG∶CTAB∶HNO₃∶H₂SO₄的固液比为4∶1∶4∶4时,在140°C条件下可以制备出粒径小于100 nm立方体结构的无水nano-Ca SO₄。（2）研究了无水nano-Ca SO₄的形成机理。借助TG-DSC、FTIR和XPS等分析测试手段,研究不同工艺条件对无水nano-Ca SO₄晶体形貌形成机制。随着反应温度的升高,当体系中的Ca²⁺和S O₄^2-离子浓度达到Ca SO₄过饱和度时,形成无水Ca SO₄晶核;HNO₃和H₂SO₄的加入可以降低Ca SO₄的过饱和度,抑制晶须的析出,导致Ca SO₄沿c轴生长受到阻碍,溶液中SO₄^2-的同离子效应抑制Ca SO₄·2H₂O的溶解;利用丙三醇/乙醇/CTAB混合溶液的结合,共同抑制nano-Ca SO₄沿c轴生长,减少其长径比,最终制得无水nano-Ca SO₄。（3）研究添加无水nano-Ca SO₄对HDPE性能的影响。分别用KH570和硬脂酸对nano-Ca SO₄进行改性,借助SEM和DSC分析测试手段,对添加改性nano-Ca SO₄的HDPE复合材料的结构和结晶行为进行研究。当用KH570对nano-Ca SO₄进行改性添加到HDPE中,KH570分子链中的酯基使基体的极性增加并形成氢键,分子间作用力增强,使得nano-Ca SO₄能更均匀的分散在基体中减少应力集中,结晶度下降。当KH570改性nano-Ca SO₄的添加量为3%时,改性HDPE比纯HDPE拉伸强度提高18.51%,熔体强度提高2.25倍,显现出了改性的nano-Ca SO₄对HDPE有较好的显著提升作用。