螺杆式挤出机作为一种常见的聚合物加工设备,在加工过程中依靠螺杆旋转为物料提供挤压力和剪切力,使物料可以进行充分的塑化与混合,其优异的性能极大的提高了聚合物混合加工的效率。为了提高螺杆的混炼能力,从螺杆的几何结构出发,以聚合物流变学与聚合物熔融理论为基础,利用数值模拟方法分析强剪切段螺杆结构对挤出流场的影响。参考串联式螺杆与剪刀的工作原理,设计剪刀式单螺杆挤出机强剪切段的螺杆与机筒结构,即分别在螺杆表面与机筒内壁开设剪刀式螺棱,螺杆单元与机筒单元分别通过花键轴与螺纹连接,交错组装。螺杆在静止的机筒中高速旋转时,螺杆螺棱与机筒螺棱做相对运动形成很强的剪切应力,完成对聚合物的剪切断链与破碎。运用有限元方法模拟等温条件下聚乙烯(PE)熔体在剪刀式强剪切段中的剪切挤出过程,获得物料所经历的剪切速率场、剪切应力场、压强分布情况,将结果与传统单螺杆挤出机强剪切段进行对比,得出了新型剪刀式强剪切段模型的剪切效果有了极大的提高,但是由于径向结构比较封闭,降低了其轴向的压强,不利于物料的挤压。为了能利用好剪刀式强剪切段几何结构的优势同时弥补其缺点。在不改变其剪刀式结构的前提下对其几何结构进行优化改进。改变对挤出流场影响较大的螺杆螺棱头数和螺杆螺棱与机筒螺棱之间轴向间隙两种几何参数进行模拟,结果表明螺杆螺棱头数的增加会增强强剪切段的剪切挤出性能,而在效果最好的5头螺棱基础上建立的不同螺杆螺棱与机筒螺棱轴向间隙的组合方式中并没有随着间隙的减小而提高强剪切段的性能,而是选取了间隔适中的2mm间隙,既保证了挤出机的强剪切优势又增强了其挤压效果。基于单螺杆挤出机模拟的理论基础,为了进一步探索螺杆挤出机的混合规律,分别建立加入捏合盘元件、加入反螺纹元件的双螺杆模型。对等温条件下线性低密度聚乙烯与苯乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物共混熔体(LLDPE/SBS)在不同结构的螺杆中进行流场模拟,利用粒子示踪法分析并得出不同双螺杆中粒子的分散混合与分布混合规律,最后利用混合指标表征方式比较了剪刀结构与不同双螺杆的流场混合情况。结果表明:双螺杆中加入了捏合盘元件和加入了反螺纹元件的双螺杆的剪切、混合效果优于常规双螺杆,其中加入反螺纹元件的螺杆在挤出过程中比常规螺杆提高了约78%的剪切应力;其轴向的反流情况增加了粒子的停留时间,适用于反应挤出实验;且径向粒子混合效果优异,均匀程度能达到常规螺杆的2倍;剪刀式强剪切段相较于两种双螺杆结构,其轴向混合指标分布曲线峰值更大且分布更宽,说明在向前输送的过程中其流场中存在更多的剪切流和拉伸流,利于物料之间的混合,证明了剪刀式的结构设计能够有效提升单螺杆挤出机的混炼能力。