近年来高聚物成型加工科学技术取得了显著的进步，其主要指标为：
1、精密化 诸如要求超微指令的激光唱盘、计算机光盘、光导纤维、塑料手表齿轮等。
2、高机能化 用化学或物理的方法控制发泡倍率的发泡制品，具有分离机能和透析机能的离子膜。
3、优质化a 具有特殊性能的高分子合金；
b 由液晶纺丝、湿式纺丝制得的高强力丝、碳纤维；
c 以磁带为代表的记忆制品，诸如录音带、录像带以及彩卷；
d 具有高绝缘、高耐磨、耐高温的塑料陶瓷；
e 由反应注射法得到的减震器、阻尼器等。
4、纳米化 由于分散性的纳米尺寸效应，大的比表面积和强的界面结合，纳米复合材料具有一般工程塑料没有的优异性能。
a 高强度和高耐热性 它能将无机物的刚性、尺寸稳定性和热稳定性与聚合物的韧性、可加工性及介电性完善地结合起来；
b 高阻隔及自熄灭性 它可通过控制纳米硅酸盐片层取向来实现；
c 优良的加工性 它的熔体强度高、粘度低、结晶速度快，尤其适合注塑、挤出和吹塑。
以上这些新型高聚物材料的加工技术大多离开了传统的根据流动、变形、冷却（加热）、固化（硫化、交联）的力学手段，开创了利用高聚物物理化学、反应特性进行成型的新工艺。
二、高聚物成型加工过程理论计算的发展
在高聚物成型加工技术另一个重大突破就是{zd0}限度地利用计算机进行{zy}化设计和{zy}化操作，对成型加工过程进行动态模拟，图形显示和信息储存，探索高聚物在成型加工过程中物料的流动、变形、定型（固化、硫化）的变化规律；计算料流不同位置处节点的速度场、压力场、流线、温度场的分布规律；充分利用各种物料的特性，科学制定{zj0}成型工艺条件，用最经济、高效的手段，低廉的成本，制取优质的制品。
高聚物成型加工加工过程的CAE（Computer Aided Engineering）即计算机辅助工程技术是一门涉及面广，集多种学科与工程技术于一体的综合型，知识密集型的技术。它利用高分子材料学、流变学、传热学、计算机图形学等学科的基本理论，建立塑料成型过程的数学和物理模型，构造有效的数值计算方法，实现成型加工过程的动态仿真，可以使人们对高聚物成型加工过程的认识从宏观到微观、从定性到定量、从静态到动态。为高聚物加工设备的优化设计和成型加工过程的控制科学依据和分析手段。
CAE技术是高聚物加工过程过程信息化，数字化的核心。它可使高聚物加工过程实现名副其实的数字控制，是现代工程和制造业创新的关键手段，它对提高设计质量，降低研究开发成本、缩短开发周期有重大推动作用。
三、高聚物成型加工装备现状和发展
我国的塑料机械工业无论在制造厂商数量（超过500家）或生产成本设备台套数（超过十万台套）都堪称世界{dy}。据不xx统计，我国塑料机械总产值为85亿元，目前已能生产23个大类，130多个品种，近4000个规格的产品。主导产品注射机产量为29331台，挤出机为7784台，吹塑机为1425台，国内使用的塑料机械95％为国产设备，塑料机械已基本能满足国民经济和国际建设的需要，部分企业正向着规模化，经济化发展。
我国塑料机械水平的提高还体现在下面三方面：
1 、成套供应能力提高 直至80年代中期，我国绝大部分企业还只能提供单机，而现在已有2/3以上的企业已经具有成套供应能力。目前国内很多企业还能提供包括配方、工艺在内的生产技术。
2 、大部分产品结束了以测绘、仿制为中心的跟踪性开发，取而代之的是原创性的研发，享有自主知识产权的产品愈来愈多。
3 、主导产品的主要技术性能指标已与港台产品处于同一水平线，而在价格性能比方面，国产设备占有明显的优势。
在橡胶机械方面，目前我国涉及轮胎机械的厂家已达30多家，已具备了生产全部斜交胎成套设备的能力。而对生产子午线轮胎的装备，除个别设备外，我国已拥有提供炼胶、挤出、成型、压延、硫化等装备，以及部分检测仪器的能力。
（一）高效多功能螺杆混炼机的研究现状与动向
挤出机的性能主要包括混合、混炼质量、熔融效果、挤出稳定性、脱气效率等质量指标；投入与产出比如：比能、生产能力等经济指标；对不同物料、配方、机头型式、规格等功能适应性指标；电器元件、传动部件、密封元件等可靠性指标。其中优良的混合、混炼质量几乎是所有挤出机共同的要求。
不同的混炼目的和内容，对所需设备的功能提出了不同的要求。因此在高聚物混炼加工技术领域，混炼机理、配方及结构形态的研究；混炼装备和控制技术开发研究；{zj0}操作工艺条件的科学确定，三者是有机地结合在一起的。从高聚物流动和变形的角度分析，提高混炼质量应从物料在挤出机内的滞留时间、剪切变形、比能、分流数以及粒束位置变换等五个方面进行考虑。单螺杆挤出机主要用剪切型、分流型、流束位置交换型混合件来完成混合混炼加工，由于每类元件都不可能同时满足上述五方面的工作要求，因此提出了开发特殊形式的高效多功能螺杆混炼机的任务。目前，在国际上应用最多的混炼装备有同向平行双螺杆挤出机、FCM连续混炼机、BUSS混炼机、KCK混炼机、Pomini密炼机等新型混炼机。尽管这些混炼机的结构、原理有所不同，但它们都有共同追求的技术目标：即高效、多功能、经济地完成混炼的三要素即剪切、分流和置换。在高聚物混炼加工领域中，当前应用最为广泛的是同向平行双螺杆混炼挤出机、 BUSS混炼机、KCK混炼机。
１、同向平行双螺杆混炼挤出机
同向平行排气式双螺杆混炼挤出机作为大型石化企业下游工序和制取高分子合金材料的重要装备，可以用于以下四个方面：①对含一定水份，溶剂和单体的物料直接进行清洗、凝固、挤压、脱水干燥和造粒；②对含有各种添加剂的聚合物进行填充、共混、增强、排气、脱挥、着色、均化和造粒；③对粉末涂料、色母料、催化剂、油漆、食品、纸浆等进行分散混合；④特种物料的混合与成型。
国际上生产同向平行双螺杆挤出机的xx厂家Werner & Pfeiderer（简称WP）公司自1953年应用R.Erdmenger等人成果生产出ZSK系列商用机以来，同向平行双螺杆挤出机的发展大致分为六个阶段（又称六个代）。九十年代末研制出来的第六代{zx1}机型，主要特征为超高扭矩、超高转速、多功能、低能耗和高耐磨。扭矩系数达到11.4，比第五代提高了30%，螺杆{zg}转速为1200rpm，中小型机可达到1800rpm。螺杆的{zd0}长径比从传统的1：48提高到1：62。
第六代双螺杆挤出机的研究成功，从某一侧面反映了发达国家的高聚物混炼加工技术及其装备研究领域的{zx1}成就。由于螺杆转速的提高也带来下列问题：
（1）物料在螺杆内的停留时间减少，导致混炼不足；
（2）高粘度物料容易升温、易分解；
（3）机筒、螺杆易磨损；
（4）辅助机械和连动装置的速度和精度要求提高；
（5）螺杆要进行优化组合；
（6）混合性能的提高、工艺条件设定要借助于CAE技术的帮助；
（7）必须采用熔体齿轮泵挤出机解决高速引起的压力波动。
针对高速化带来的七个方面的问题，我们进行了如下六方面的工作：
a. 理论研究
（1）剖析双螺杆挤出机的四大技术难点：啮合机理、混合性能、排气效果、挤出能力；
（2）建立了双螺杆流场分析的数学物理模型：应用四大基础方程（连续性方程、运动方程、能量方程、本构方程）求解了物料在双螺杆挤出机内的速度场、压力场、粘度场、流线、温度场的分布；
（3）采用AME技术实现了螺杆几何造型的动态显示；
（4）运用系统工程原理对不同功能段螺纹元件进行了特殊设计和优化组合，每套机型配置了１８种螺纹元件、四大类螺纹元件优化组合形式；
（5）用二次优化的计算方法，对物料在机头流道内的流动状态进行计算机模拟和优化计算；
（6）用粘弹性流体有限元法对高聚物在复合机头流道内的三维非等温流动进行数值计算；
（7）排气机理研究：
(a) 建立气泡形成、生长、扩散、破碎过程的物理模型；
(b) 分析气泡形成条件和加速气泡破碎的因素；
(c) 研究加入物料、挥发物含量、螺纹元件几何参数以及组合形式对脱挥效率的影响。
（8）用激光散斑法测定推力轴承微变形量和压力分布状况，并用三维有限元法对主要受力元件进行力学计算，实现了串列式推力轴承组国产化。
b. 结构机理研究
对机组的塑化系统、传动系统、机头、止推轴承组、快速更换滤网装置以及水环切粒装置等六个核心部件进行了研究， “组合式推力轴承组”、”双圆柱螺杆挤出机的双对齿轮啮合传动装置”、”直角式带过滤筒的挤出机头”、”一种过滤网快换装置”等四项技术分别获得了国家专利。
c. 拓宽功能与应用领域的研究
(1) 成功地实现了若干种对国防和经济建设有重要作用的特殊材料诸如火*、电炭、电极材料、氟塑料的混炼和挤出成形；
(2) 实现了含70%重晶石粉，EVA物料宽幅板材（板宽1.4m厚3~6mm）一次法挤出成形；
(3) 利用三级排气技术对溶剂含量70%的粘合剂进行脱挥处理，使挤出物的溶剂含量<0.2%；
(4) 对高粘度的LLDPE阻燃料实现低温挤出，当无机填料含量为60～70%时仍能均匀分散混合；
(5) 采用L/D为48长径比，对含70%淀粉的PE降解料和交联聚乙烯进行挤出造粒；
(6) 用双螺杆挤出机实现了对环保型塑木复合材料托盘的一步法挤出成型；
2、往复式销钉螺杆挤出机
往复式销钉螺杆挤出机即布斯连续混炼机（简称Buss机），是生产塑料粉料和涂料的理想设备，适用于工程塑料、电线电缆、软硬PVC、热固性塑料、各种色母料的配混、造粒和成型。尤其在加工那些要求混炼质量高而又对剪切和加热较敏感的物料时，显示出”三低一高”（低压力、低剪切、低温升和高混炼质量）的优势。
往复式销钉螺杆挤出机的研究内容：
1． 对往复式销钉螺杆挤出机螺杆运动过程进行仿真研究；
2．对物料在往复式销钉螺杆挤出机内的流动进行数值模拟。
3、串联式磨盘螺杆挤出机
串联式磨盘螺杆挤出机的主要特点：
1．在加料段采用大直径螺杆，增强了螺杆的刚性和强度，适用于大功率，高扭矩挤出；
2．采用深槽、大直径螺杆加料，可大幅度增加产量；
3．采用多组磨盘反复研磨物料，其破碎、分散、剪切、混合、塑化性能{zy1}；
4．采用组合式结构，磨盘和螺杆元件的形状及组合形式可以多种多样，适用范围广；
5．采用可调式磨盘间隙，适用于多种物料的加工。
图1为北京化工大学{zx1}研制成功的CPJ-75/ 135串联式磨盘螺杆挤出机，它主要适用于从橡胶、塑料到陶瓷的各类工业材料的连续混炼；制取其它螺杆挤出机无法加工的特殊高分子合金材料和高填充的物料，例如软、硬PVC混合材料；电子复写、传真用调色涂料；陶瓷、塑料和各种有机混合料；磁钢、导电塑料、热熔涂料、高粘度工程塑料、电池的电极以及粉末涂料等。
图1 CPJ- 75/ 135串联式磨盘螺杆挤出机
图2 塑料电磁动态塑化挤出机结构原理
1`-机座 2-螺杆 3-机筒 4-转子 5-定子
6-轴向电磁支撑 7-料斗
（二）塑料特种挤出技术及装备研究
1. 塑料电磁动态塑化挤出机
图2为华南理工大学瞿金平教授发明的塑料电磁动态塑化挤出机，经多年系统、深入的研究，目前已进行了工业化系列生产。
图3 Φ12手提式高速排气挤出机
图4 28xΦ28熔体齿轮泵挤出机
2．手提式高速排气挤出机
图3为北京化工大学研制成功的Φ12手提式高速排气挤出机，螺杆直径为12mm，螺杆转速为1200r/min，机器的总重量为3.5kg。
3．熔体齿轮泵挤出机
图4为北京化工大学研制成功的28xΦ28熔体齿轮泵挤出机，其主要用于纤维纺丝树脂造粒、薄片、管材、异型材及电线电缆的精密挤出成型，它具有下述特点：
a. 挤出机螺杆末端阻力小，因而挤出量大、挤出温度低，不但可减少驱动功率和加热功率，
使能耗降低，还能减少挤出机的磨损并增加推力轴承的寿命；
b. 由于计量挤出由熔体齿轮泵完成，因而压力及挤出量波动小，挤出制品尺寸精度高；
c. 挤出量可由熔体齿轮泵进行线性控制；
4．异向旋转锥形双螺杆挤出机
高效双锥型挤出机是目前锥形双螺杆挤出机的{zx1}机型，其挤出产量较同规格普通型高出一倍或一倍以上。其主要特点为：螺杆大端与小端直径之比大于2，螺槽深度沿螺杆全长渐变，螺杆长度比双锥型适当加长。这样使物料在加料段置于外加热作用下的时间延长，能充分地吸收热量，加快升温，促进塑化。
目前螺杆直径在Φ55～80mm范围内的异向双螺杆挤出机多采用锥形双螺杆机，主要用于异型材、管材、板材的挤出成型。
在锥形双螺杆挤出机的应用领域研究方面，北京化工大学已成功地将它用于*、电炭、电极材料的挤出成型，图5为Φ80/156炭素材料锥形双螺杆挤压机。
图5 Φ80/156炭素材料锥形双螺杆挤压机
5．特种挤出成型装备发展趋势
a．高速、高产化
长期以来，作为挤出成型装备主要性能指标的”高速、高产”一直是挤出成型机发展的主要方向，高的产出与价格比不仅是企业家最为关心的，也是科技工作者梦寐以求的目标。以Φ90单螺杆挤出机为例，从1961年它的的产量为90kg/h，到1995年提高到600kg/h，34年间产量整整翻了6.7倍；WP公司生产的ZSK MC型同向平行双螺杆挤出机从1995年到2001年的ZSK MV型，六年间螺杆转速从600r/min提高到1800r/min，产量相应提高了2.5倍。
b．高效、多功能化
挤出机的高效性能主要体现在高产出、低能耗、低制造成本方面。2001年10月在德国举办的”15 th International Trade Fair Platics Rubber”上展出的ZSK系列同向平行双螺杆挤出机单耗（即名义比功率）均小于0.1KWh/kg；在功能方面，螺杆挤出机已不仅仅用于高分子材料的挤出成型和混炼加工，它的用途已拓宽到食品、医药、饲料、电碳、电极、火*、建材、包装、纸浆、陶瓷等领域。此外，将混炼造粒与挤出成型工序合二为一的”一步法挤出工艺”也值得引起重视。”一步法挤出成型工艺”在缩短工艺流程、节省能耗、减少设备投资和占地面积、减少操作人员等方面比传统的两步法工艺具有明显地优势。
c．大型化和精密化
我国进口的成型装备绝大部分是大型、精密的。大型化可以降低生产成本，这一点在大型双螺杆造粒机组、土工膜成型机组、双壁波纹管挤出成型机组等方面优势更为明显。而精密化可以提高产品的含金量，如多层共挤复合薄膜等均需要精密挤出，而作为实现精密挤出的重要手段–熔体齿轮泵必须加大力度进行开发研究。
d．模块化和专业化
实行挤出成型装备生产的”模块化”、”专业化”已是大势所趋。”模块化”生产可以适应不同用户的特殊要求，缩短新产品的研发周期，争取更大的市场份额；而”专业化”生产可以将挤出成型装备的各个系统模块部件安排定点生产甚至进行全球采购，这对保证整机质量、降低成本、加速资金周转是有利的。在我国，挤出机的螺杆、机筒、减速器、加热冷却系统、润滑系统、上加料系统、控制系统均有定点工厂专业生产，这无疑是正确的。
e．智能化和网络化
发达国家的挤出机已普遍采用现代电子和计算机控制技术，操作台设有荧光屏监测，对整个挤出过程的工艺参数如熔体压力及温度，各段机身温度，主螺杆和喂料螺杆转速、喂料量，各种原料的配比，电机的电流电压等参数进行在线检测，并采用微机闭环控制。有的公司已采用网上远程演播、监测、诊断和控制，对挤出成型生产线进行网络控制。这对保证工艺条件的稳定，提高产品的精度是有利的。
四、对我国高聚物成型装备开发研究的几点建议
1．新型挤出混炼技术与装备的开发
目前我国新型的混炼装备除中小型同向平行双螺杆挤出机已能生产外，万吨级大型混炼挤压造粒机组全部依靠进口，2010年前我国用于该机种的引进外汇预计约需4.5亿美元。往复式销钉螺杆挤出机和串联式磨盘挤出机是制取高填充、高附加值高聚物合金的必要装置，在国内它们的研制刚刚处于样机阶段，规格不多，品种不全，市场几乎全部为国外厂家垄断。
2．大口径管材挤出的异向平行双螺杆挤出机组、钢塑复合管材挤出机组和Φ500mm以上大型双壁波纹管挤出成型机组以及特种塑料管材专用挤出机组应加强开发研究。
3．复合挤出成型技术和装备的开发研究
最近，多层共挤的超宽土工膜、包装用拉伸拉幅平膜、建筑用复合瓦楞板、芯层发泡板材和管材的市场需求量很大，与此相关的成型技术和装备的开发研究必须引起足够的重视。
4．废弃塑料的回收和再生利用技术装备开发研究
塑料产品对自然环境造成的”白色污染”，已影响我国国民经济的可持续发展，因此必须加强废弃塑料的回收和再生利用的研究工作，对那些回收困难或再生利用耗费过大的塑料产品应制成具有降解功能。
5．对常规塑料加工设备进行更新换代、提高产量、效率和自控水平的研究
目前国外塑料异型材的挤出速度为 4～8m/min、双向拉伸膜牵引速度为450m/min，而国内相应的速度则仅为1.5~2.5 m/min和120 m/min。对现有设备进行更新换代的改造，投资少，可以起到四两拨千斤的作用。
6．加强CAD/CAE/CAM技术在塑料工业中的应用研究
该研究可使橡塑机械的设计从费时、费钱的经验设计–试车修改的模式提高到准确、快速、高精度的现代化水平，从而使我国的挤出成型装备制造业在激烈的国际竞争中取胜。
7．在线检测及自动控制技术的研究
发达国家的数字、智能控制和激光测试及伺服系统技术已成熟，挤出机组可以实现全线联机控制，并与在线检测装置相连，根据采集和储存的信号实现反馈控制，保证了工艺条件的稳定，提高了产品的精度。此外电器元件的可靠性研究也不容忽视，国产设备故障率高的一个重要原因就是电控系统的可靠性太差。
8．积极发展高效、节能、环保型挤出成型装置，限制发展生产能力过剩的长线产品，淘汰耗能、耗材高和污染环境严重的产品。以xx植物纤维和废弃塑料为主要原料的木塑复合制品挤出技术与装备的研究应予以足够重视，在PS、PE挤出发泡生产中限制使用氟利昂的设备，淘汰超薄型（小于0.015mm）塑料袋生产设备，鼓励发展废弃塑料回收处理和再利用以及降解塑料加工挤出装备的开发研究。
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