单螺杆挤出机凭借其挤出稳定性好、操作简单、性价比高等优点,在聚合物成型加工领域具有非常重要的地位。随着挤出过程高速、高效的发展,传统单螺杆挤出机产量与塑化质量已无法满足人们对塑料制品的需求。单螺杆挤出机机筒内壁开设沟槽可以显著提高固体输送效率,但存在熔融速率与固体输送效率不匹配的缺陷,导致机筒沟槽的效率不能有效的得到发挥,其产品质量存在很大缺陷。因此,本课题将机筒沟槽由固体输送段延伸至熔融段,构建机筒沟槽和螺杆螺槽耦合作用下的熔融塑化模型,通过对比实验研究,揭示机筒沟槽对单螺杆挤出机塑化过程的作用机理。主要研究工作如下:1、在已有实验条件的基础上,设计并搭建了液压快开式单螺杆挤出塑化研究平台,可直观观察单螺杆挤出机塑化过程中物料熔融状态,设计并加工了多种结构的机筒与螺杆,通过改变机筒与螺杆的组合形成具有不同功能的单螺杆挤出机挤压系统。2、对光滑机筒和沟槽机筒单螺杆挤出机的物料输送机理与熔融塑化过程进行了对比分析,构建了机筒沟槽和螺杆螺槽耦合作用下的熔融模型,并对该模型中塑化过程参数进行了模拟研究,从理论上分析了几何结构参数和工艺参数对沟槽机筒单螺杆挤出机塑化性能的影响。3、从原料体系、工艺条件及螺杆结构等角度对熔融段沟槽机筒熔融模型进行了综合实验验证,探明了螺杆结构和工艺条件对沟槽机筒挤出机塑化过程熔融起始点、熔融长度、熔体温度/压力和停留时间等塑化特性以及产量的影响规律。结果表明,熔融段机筒沟槽和螺杆螺槽耦合作用产生的剪切热是物料熔融塑化的主要热源,沟槽物料在此作用下快速熔融形成厚熔膜,并促进螺槽固相的熔融。反向压缩螺杆更适合于熔融段沟槽机筒单螺杆挤出机挤压系统,在保证高产量的同时仍具有优异的塑化效果。4、利用构建的正向压缩螺杆挤压系统、反向压缩螺杆挤压系统和分离型螺杆挤压系统,对光滑机筒单螺杆挤出机、固体输送段沟槽机筒单螺杆挤出机和熔融段沟槽机筒单螺杆挤出机的塑化特性进行了对比实验研究,从熔融起始点、熔融长度、熔体温度、熔体压力、产量等方面揭示了机筒结构对单螺杆挤出机塑化过程的影响。结果表明:固体输送段机筒内壁开设螺旋沟槽时,物料输送量大幅增加,熔融段光滑机筒由于塑化和输送能力弱,固体输送能力和塑化能力不匹配,导致固体输送段段末端形成堵塞,熔融段压力急剧升高,而在熔融段机筒沟槽和螺杆螺槽耦合作用下,物料输送速率和熔融速率加快,对固体输送段末端的堵塞进行了有效的疏导,螺杆螺槽固相熔融长度明显缩短,且熔融段压力分布更加合理。