近年来,往复式单螺杆销钉挤出机以其独特的混炼性能越来越多地应用于聚合物混炼加工领域。本文以WXJ-140往复式单螺杆销钉挤出机的研制开发为主线,对往复式单螺杆销钉挤出机的设计原理、挤压系统和传动系统运动仿真、混炼机理、螺纹元件内物料三维动态流动过程以及停留时间分布测量和建模等方面进行探索和研究。运用系统工程设计原理,全面剖析了往复式单螺杆销钉挤出机的结构特点,构建了挤压系统销钉-螺棱复合运动数学物理模型,通过运动仿真模拟,对其加工过程进行了全程、实时、动态和全方位观察和研究,完善了往复式单螺杆销钉挤出机挤压系统和传动系统的设计原理,并对WXJ系列往复式单螺杆销钉挤出机系列化开发理论进行研究和实践。采用有限元数值方法对往复式单螺杆销钉挤出机三种典型螺纹元件内物料流动及混合进行三维动态模拟,分析了工艺条件、物料特性以及销钉布置对挤出机分布、分散混合性能的影响。在数值模拟理论指导下,开发了国际上最先进的具有超高混合性能的四排销钉四条螺棱的新型混炼元件。在验证数字图像处理方法测量塑化挤出机停留时间分布可行性的基础上,对往复式单螺杆销钉挤出机的停留时间分布进行了实验研究。为了预测和控制挤出机的时间分布情况,分别应用化学反应工程和流体力学方法,根据机器的结构组成和螺杆的组合形式,建立了预测往复式单螺杆销钉挤压造粒机组停留时间分布的数学模型。目前,往复式单螺杆销钉挤出机的技术和市场基本上被瑞士Buss公司独家垄断,本研究取得的阶段性成果不仅可为该机型的系列化开发和推广应用提供理论依据,还可为我国高分子材料科学和技术的进步提供新的设备平台。