随着我国高速公路大量兴建，极大地促进了高档、高速轮胎地快速发展。同时对轮胎混炼胶的质量和混炼设备提出了更高的要求，除了改进配方和工艺外，迫切需要加速混炼设备的更新。串联式密炼机就是在传统密炼机的基础上的创新成果。因其节能、低温、高效的优势，已成为各国重点研究的对象。本文就是根据这一状况，通过研制实验设备和实验来探讨串联式密炼机的混炼机理与使用性能。本文在查阅文献、收集相关资料和了解串联式混炼技术的基础上，设计出这一新型的串联式密炼机实验平台。该平台的特点是整个平台由一台完整密炼机和一台去除上顶栓的密炼机组成。本课题根据串联式混炼机理，在传统密炼机的基础上对串联式密炼机的整体结构、转子构型、冷却系统等进行了改进设计，并对新型设备的混炼工艺和机理进行了研究和分析，解决了低效和排汽问题，获得比传统方法更好的炼胶质量和更高的炼胶效率。通过实验研究，为串联式密炼机进一步放大设计和合理使用等方面提供可靠的理论和实验数据，也为串联式密炼机在我国发展及推广应用奠定基础。本文的主要工作和成果如下：（1）初步建立了串联式密炼机的物理及数学模型，对其混炼机理进行了初步探讨；（2）根据串联式密炼机的混炼机理，设计了串联式密炼机实验平台；（3）利用有限元软件对转子流场、转子冷却和转子相位进行模拟分析，最终确定出适合串联式密炼机混炼工艺要求的转子类型；（4）对传统一段混炼、不同停放时间下密炼机二段混炼进行实验研究，并分析得出了传统二段混炼最佳停放时间为8h；（5）利用正交实验对串联式密炼机的混炼效果进行实验研究，确定了串联式密炼机下游密炼机最佳工艺参数：冷却水温为30℃，混炼时间为80～90s，转子转速为30r/min，填充系数为0.35，然后将传统一段、二段混炼和串联式混炼进行比较分析，结果表明串联式密炼机的混炼性能更为优异；（6）针对串联式密炼机下游密炼机中不同冷却水温、不同混炼时间、不同转速以及不同填充系数对串联式密炼机混炼胶性能的影响进行了实验研究，最终确定出了不同工艺对串联式密炼机混炼性能的影响。本文通过理论研究、有限元分析及实验研究，结果表明所设计开发的串联式密炼机机技术是可行的；设计开发的串联式密炼机结构具有一定的独特性；串联式密炼机与传统二段混炼相比具有更为优异的炼胶性能，如能耗降低，效率提高，质量更加稳定。这为今后进一步开发以及工业化应用等具有重要的指导意义。