材料是人类生存和发展必不可少的物质基础，不断提高材料的性能，是材料科学工作者的研究重点之一。力学性能是材料最基本、最重要的性能之一。纳米复合材料是材料科学中一个重要的研究发展方向。由于纳米粒子带来的特殊的纳米效应，使聚合物基纳米复合材料具有较好的综合性能。本论文工作以聚丙烯为树脂基体，纳米碳酸钙为填料，采用两种不同的偶联剂(脂肪酸和钛酸脂)，采取不同的碳酸钙配比，制备出两个系列的聚合物基纳米复合材料，结合有限元分析软件、分形理论进行研究，对力学性能及其机理进行深入探讨，并提出了纳米碳酸钙粒子对聚丙烯的增强增韧机理。 　　通过熔融共混法制备了复合材料，并测试其力学性能，包括拉伸性能、冲击性能和弯曲性能。结果显示，拉伸性能有轻微提高；冲击性能有显著提高，且采用钛酸脂作偶联剂的复合材料的冲击性能要明显高于用脂肪酸的；而用脂肪酸作表面处理的纳米碳酸钙粒子，有利于提高复合材料的弯曲模量和强度。应用扫描电子显微镜观察了聚丙烯/纳米碳酸钙复合材料试样的冲击断面形貌结构，结果显示，纳米粒子及其团聚体在树脂基体中分布较均匀，且粒子及其团聚体的尺寸均小于100nm。 　　应用ANSYS有限元分析软件，对聚丙烯/纳米碳酸钙构造单元几何模型，模拟出应力分布云图，并画出分布曲线。结果表明，在拉伸过程中，碳酸钙粒子极点区基体受到拉应力较大，赤道区基体树脂受到强烈的挤压作用，还受到较大的剪切作用。较好的界面粘结和碳酸钙粒子较大的模量使基体率先屈服是导致材料增强增韧的主因。 　　应用分形理论，基于统计意义建立分形模型并结合试样冲击断面的扫描电镜照片观察，可定量的评估无机纳米粒子在树脂基体中的分散效果，结果表明，采用钛酸脂偶联剂处理的聚丙烯/纳米碳酸钙复合体系的分散效果优于采用脂肪酸的体系；且分维数越小，分散越均匀，冲击强度越高，韧性越好。 　　通过对纳米碳酸钙增强增韧聚丙烯的机理分析，得出结论：纳米粒子与基体良好的界面粘结，并起到物理交联点的作用，是增强的主要原因；纳米粒子应力集中基体产生局部屈服和界面脱粘是增韧的主要原因；纳米粒子分散的程度也直接影响到增强增韧的效果。 　　本研究成果可望对聚合物基纳米复合材料的设计和应用提供理论依据和指导作用。