如前所述，橡胶胶料进入料斗后，受到机筒和螺杆强烈的剪切和挤压，完成物料混合和塑化过程。由于物料发生从固态（固体床）到黏流态的相变，

需消耗大量的热能和机械能，尤其是黏弹性较强的无定形聚合物。因此，螺杆几何结构设计合理与否，直接关系到制品的质量和生产成本。近三十年来，

人们探讨过挤出机的固体输送、塑化混合和塑化机理，提出了一些理论模型。笔者曾用解析法和实验结果分析方法讨论了螺杆各段主要几何结构参数的优

化。本节中，以单位产量最小功耗为优化目标，构建热喂料挤出机螺杆主要的几何结构参数优化设计的数学模型。

       图 7-3 为普通挤出机螺杆的结构简图。从图 7-3 中可以看出，固体输送段和计量段为等深螺槽，而塑化段的螺槽深度逐渐变浅，这主要是为了强化剪

切塑化的功能。由于机筒与螺杆之间的相对运动，聚合物物料在机筒内受到强烈的挤压和剪切运动，由固体床的柱塞运动逐渐形成胶料的剪切流动。本节

中，拟以挤出机单位产量的功耗最小为螺杆几何结构参数设计的优化目标。即

          根据质量守恒定律，物料在螺杆各段的进出应相等。故取加料段的为体积流量 qv_s 代表挤出机的生产能力。由固体输送理论，

式中 n——螺杆转速，r/min；

H₁——加料段螺杆深度，m；

D_b——机筒内径，m；

Ø ——物料移动角，0<Ø <90^。，通常，取Ø=17^。40^, ;

挤出过程中的能耗主要有：

       一般地，取螺槽和间隙中剪切流体消耗的能量并乘以一系数（K）作为胶料挤出过程中的能耗。即

式中 i—— 螺纹头数；

        —— 螺杆平均直径，m；

       l—— 螺杆长度，m；

        —— 螺杆和机筒处的熔体粘度，Pa·s;

      e—— 螺纹顶部的法向宽度，m；

      H₃—— 均化段螺槽深度，m；

     δ1 —— 螺杆与机筒的间隙，m；