作為聚合物加工成型主要設(shè)備之一的SJ單螺桿擠出機(jī)組，在聚合物加工行業(yè)得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，而且在其他行業(yè)也將得到更多的應(yīng)用。標(biāo)志SJ單螺桿擠出機(jī)組工作性能的主要技術(shù)參數(shù)有：螺桿直徑、螺桿的長(zhǎng)徑比、螺桿的轉(zhuǎn)速范圍、拖動(dòng)主螺桿的電動(dòng)機(jī)功率、機(jī)械的生產(chǎn)能力、機(jī)筒的加熱功率和分段數(shù)、機(jī)器的中心高度和外形尺寸等，這些參數(shù)是衡量和選用擠出機(jī)的主要依據(jù)，也是設(shè)計(jì)螺桿擠出機(jī)首先需確定的技術(shù)參數(shù)。根據(jù)SJ單螺桿擠出機(jī)組中的三種物理狀態(tài)的變化過(guò)程，以及對(duì)螺桿各部位的工作要求，通常將螺桿擠出機(jī)的螺桿分為加料段、熔融段和計(jì)量段。由于螺桿的幾何結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，所以難以建立一個(gè)能全面反映螺桿擠出機(jī)優(yōu)化設(shè)計(jì)的數(shù)學(xué)模型。即便能建立起理想的螺桿擠出機(jī)優(yōu)化設(shè)計(jì)的數(shù)學(xué)模型，由于影響因素復(fù)雜，設(shè)計(jì)變量多，其求解也非常困難，所以按螺桿的功能段建模并進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，較為符合實(shí)際要求。
目前，常用的螺桿擠出機(jī)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法有：解析法、圖解法和計(jì)算機(jī)模擬仿真法。根據(jù)擠出過(guò)程的現(xiàn)象建立物理模型，根據(jù)物理模型建立數(shù)學(xué)模型，采用Pro/E、ANSYS、Polyflow、Matlab等軟件編寫優(yōu)化設(shè)計(jì)程序，將程序輸入計(jì)算機(jī)并通過(guò)改變優(yōu)化目標(biāo)的取值進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算，通過(guò)對(duì)計(jì)算機(jī)輸出的優(yōu)化結(jié)果進(jìn)行分析和驗(yàn)證，得出擠出機(jī)優(yōu)化設(shè)計(jì)的參數(shù)。
對(duì)于解析式的數(shù)學(xué)模型，除了取決于預(yù)定的優(yōu)化目標(biāo)以外，還在相當(dāng)程度上依賴于對(duì)部件的工作情況及理論的認(rèn)識(shí)。一個(gè)設(shè)計(jì)方案可用一組基本參數(shù)的數(shù)值來(lái)表示。其中，需要優(yōu)選的獨(dú)立參數(shù)稱之為設(shè)計(jì)變量。由于擠出機(jī)螺桿直徑、長(zhǎng)徑比、螺紋升角和螺桿槽深等參數(shù)直接關(guān)系到螺桿的承載能力、生產(chǎn)能力、動(dòng)力消耗、擠出物質(zhì)量，以及螺桿的機(jī)加工性等，故通常選擇為設(shè)計(jì)變量。螺桿擠出機(jī)優(yōu)化設(shè)計(jì)的特點(diǎn)是：設(shè)計(jì)變量多；多目標(biāo)與單目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì)并存；數(shù)學(xué)模型的多維性和非線性；設(shè)計(jì)變量中多種量綱并存。
SJ單螺桿擠出機(jī)組通過(guò)數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)分析，得到如下結(jié)論：（1）三角槽形狀是影響混煉元件流場(chǎng)混煉效果的主要因素。在所研究的4種三角槽屏障混煉元件中，等腰反向三角槽屏障混煉元件流場(chǎng)的zui高壓力、剪切棱兩側(cè)的zui大壓差及高剪切區(qū)比例均高于其他結(jié)構(gòu)混煉元件，流場(chǎng)的溫升更高，剪切棱對(duì)物料的破碎和磨蝕作用zui強(qiáng)，共混物中CaCO3顆粒的平均粒徑zui小，材料拉伸力學(xué)性能；（2）剪切棱寬度和剪切棱徑向間隙也對(duì)混煉元件流場(chǎng)的混煉效果有重要影響。其中剪切棱寬度為5mm、剪切棱徑向間隙為2mm的三角槽屏障混煉元件對(duì)物料的剪切作用和分散混合作用，共混物中CaCO3顆粒的平均粒徑zui小，材料拉伸力學(xué)性能；（3）適當(dāng)提高螺桿轉(zhuǎn)速可有效減小共混物中CaCO3顆粒的平均粒徑，提高混煉元件的總體混煉效果。