单螺杆挤出机机筒内壁开设沟槽可以显著提高固体输送效率，但存在熔融速率与固体输送效率不匹配的缺陷，制约了单螺杆挤出机高速、高效化发展。 本课题首次将机筒沟槽由固体输送段延伸至熔融段，创新设计了正向压缩沟槽机筒和反向压缩比螺杆组成的强剪切塑化系统，构建了机筒沟槽和螺杆螺槽耦合作用下的熔融塑化模型；设计加工了三组不同结构的挤压系统，搭建了液压驱动剖分机筒单螺杆挤出机可视化实验平台，对沟槽机筒单螺杆挤出机塑化机理和熔融过程进行了系统的理论和实验研究。通过系统及可视化研究，建立了沟槽和螺槽特征与熔融速率之间的关系，揭示了机筒沟槽和螺杆螺槽的几何结构参数、物性参数和工艺参数对沟槽机筒挤出机熔融塑化过程的影响。结果表明：（1）机筒沟槽和螺杆螺槽耦合作用下产生大量的“固相-固相”剪切热，使机筒沟槽内固相物料迅速熔融并形成一层厚熔膜，机筒沟槽液相物料和螺杆螺槽固相物料之间产生的“液相-固相”剪切热促使螺槽固相的熔融；（2）反向压缩螺杆更适合于熔融段沟槽机筒单螺杆挤出机挤压系统，在保证高产量的同时仍具有优异的塑化效果；（3）熔融起始点随物料内外摩擦系数比的增加远离螺杆起始端，随机筒沟槽导程的增加沿螺杆轴向先减小后增加；（4）熔融长度随固体输送段机筒沟槽槽深、导程的增加而增加，随螺杆槽深的增加先增大后减小，随螺杆导程的增加而减小；（5）随螺杆转速增大，熔融长度逐渐缩短，停留时间呈幂指数减小，而挤出产量呈线性增加；熔融段机筒温度对物料熔融塑化过程影响不大，熔融段机筒沟槽和螺杆螺槽剪切作用产生的剪切热是物料熔融塑化的主要热源。 研究成果成功应用于高粘度、难塑化的超高分子量聚乙烯挤出成型设备和含能材料螺压成型设备的设计，对推动聚合物加工理论的发展及其加工装备的革新具有重要的意义。 2100433B