在高聚物加工中，超過50%的熱塑性塑料是通過擠出加工制造的。擠出過程中，聚合物在擠出機內部經歷輸送、熔融，以及與助劑或添加物的混合和分散，涉及溫度、壓力、速度和停留時間分布（RTD）等多個參數。這些參數對擠出效率和最終制品質量有著重要影響。
擠出加工中面臨的挑戰
在實際生產中，這些問題往往難以通過定量研究解決，工藝調整多依賴于經驗，導致需要進行耗時費力的試驗，延長了生產周期并造成了原材料的浪費。尤其是在不同材料和配方的工藝切換中，往往需要重新調試工藝條件，這進一步增加了時間成本。
對于使用小規格或低產量設備（如直徑75mm、95mm或更小的擠出機，產量數百kg/h）的場景，進行此類試驗或工藝調整，材料和成本的消耗尚在可控范圍內。但對于大規格設備，調試工藝參數造成的浪費則顯得驚人，消耗的時間也讓人無法接受。
如何解決
因此，采用計算機輔助過程分析和仿真技術來模擬和研究擠出及成型過程已成為更優選擇。通過CAE技術，能夠優化擠出機的系統設計，降低實驗成本，幫助設計和研發人員改善設備及工藝參數，從而提高研發和生產效率，最終獲得高質量且具競爭力的產品。
塑料擠出和成型的模擬技術基于流變學和熱力學理論，建立聚合物在擠出機和模具內熔融及流動的數學模型，預測和改善產品質量。雖然國外已有多個CAE軟件（如Scientific Process & Research的Extruder-PC，Polymer Processing Institute的PASS等）在這方面取得了一定的進展，但擠出類仿真軟件的應用仍然不如注射成型CAE軟件（如Mold-Flow）普及，主要由于擠出成型的專業性、分類更細以及材料多樣性。
取得的成果
近年來，江蘇越升科技在大型擠壓機和雙螺桿擠出機直接擠出等領域取得了顯著進展，設備設計和工藝參數探索對擠出成型過程分析和仿真技術的需求日益增加。以單螺桿擠出為基礎建立的數學模型已無法滿足市場的要求。
江蘇越升陳志強董事長在此領域進行了大量探索，開發了具有自主知識產權的聚合物流變和擠出成型過程分析和仿真軟件，取得了一系列重要成果。
越升的仿真軟件采用了面向對象的分析與設計技術，針對高聚物擠出和成型過程，基于高分子物理學、流變學和熱力學等理論，擴展了傳統的螺桿三段理論（加料段、熔融段、計量段），深入研究了平行同向雙螺桿可采用的各類型和規格型號的螺桿元件，嘗試建立了多個相應的數學模型，并編制為不同的函數模塊。
在數據庫方面，除了常規的標準牌號樹脂和無機物數據，越升還增加了數百種熱塑性塑料、彈性體、部分橡膠、填料和液體助劑等材料數據。同時，基于公司多年來積累的千余套實驗工藝記錄對比優化，通過將已知的工藝參數、物料參數和設備參數，包含螺桿組合等作為輸入入口變量，探索物料性質、擠出機操作工藝、設備參數與工藝參數之間的關系，從而優化工藝、降低功率消耗，獲得更好的制品質量。
自2010年起，越升不斷迭代升級仿真軟件，目前已更新至2023版。近年來，在大型擠壓造粒設備開發設計中，該軟件被廣泛應用于輔助設計，節約了大量的時間，取得了良好的使用效果。
今年上半年，越升與國內知名客戶合作，將該仿真軟件應用于超高分子量聚乙烯（UHMWPE）的薄膜擠出成型研究，成功仿真了直徑150mm、長徑比L/D=72的雙螺桿擠出機的實際工況，獲得了吻合度良好的工藝數據，同時也對現場運行的越升SAT150的工藝參數調整提供了有效的指導建議，目前設備運行狀況良好。
同時，越升的CAE軟件還針對客戶的物料和配方，探索了不同分子量和配比的工藝條件下的擠出成型參數，為客戶節約了大量調試時間，并為后續采用更大規格的擠出機擴大產能奠定了良好基礎。
未來展望
塑料擠出行業的進步將推動CAE技術的廣泛應用，提高生產效率和產品質量。隨著工業4.0的發展，擠出設備將更加智能化，實現實時優化生產過程。新材料的出現為擠出成型帶來了新的挑戰，江蘇越升科技憑借在研發領域的投入及優勢，將繼續保持領先地位。
與此同時，環保要求促使行業向可持續方向發展，企業將更加注重材料回收和節能減排。隨著市場對個性化產品需求的增加，擠出成型技術將變得更加靈活，以快速響應客戶需求。
