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、螺桿的長徑比、螺桿的轉(zhuǎn)速范圍、拖動主螺桿的電動機(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)的變化過程，以及對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)并通過改變優(yōu)化目標(biāo)的取值進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算，通過對計(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)程度上依賴于對部件的工作情況及理論的認(rèn)識。一個(gè)設(shè)計(jì)方案可用一組基本參數(shù)的數(shù)值來表示。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，流場的溫升更高，剪切棱對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混煉元件流場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。