寻求提高塑化质量的有效方法一直都是塑料加工成型方向研究的核心问题,螺杆作为挤出加工装置中最关键的零部件,其尺寸参数、结构形式对塑料的塑化过程有着最为直接的影响,并将最终影响制品的性能。针对螺杆的研究已经是改善塑化质量,提高产品质量的重要研究方向。如何为进一步螺杆创新设计提供方向以及进一步优化螺杆结构,都是该方向的重要研究课题。为此,本课题以所在实验室团队提出的新型扭转元件为研究对象,重点研究扭转元件对于聚合物塑化过程中熔体在螺杆螺槽内的流动行为和塑化系统传热特性的影响。论文的主要内容如下:(1)采用可视化实验方法,模拟观测熔体在螺杆输送段的流动行为,特别是在新型扭转元件螺槽内的流动状态,结果表明,扭转元件结构独特,可使其螺槽内熔体产生螺旋流动,促进了螺槽深度方向的传质行为,有利于螺槽顶部与底部之间的传质,揭示了扭转元件强化熔体径向传质的机理。(2)利用自行开发的挤出机在线数据采集系统,分别测得传统三段式螺杆和安装了新型扭转元件的新型积木螺杆在不同工艺条件下加工聚丙烯时温度、压力沿轴向分布情况,分析了螺杆计量段温度压力的均值和螺杆头部熔体温度压力波动、计算了计量段的传热系数,结果表明添加扭转元件后熔体质量得到改善,通过对比发现6个扭转元件并排组合构型为实验所采用的四种构型中的最优项。(3)在现有新型扭转元件模型的基础上作出两种结构的变化,采用数值模拟的方法对比三种元件在塑化过程中对聚丙烯速度场的影响。分析结果表明,将扭转元件螺棱倾斜与径向形成一个角度后的构型在径向速度分布、剪切速率分布上均得到改善,将扭转元件螺棱倾斜与轴向形成一定角度后的构型在混合效果方面有所提高,为扭转元件进一步创新设计提供了一种思路。