塑料回收是实现高效聚合物循环的关键环节，对于聚烯烃而言尤为重要。双螺杆挤出技术广泛应用于再生产品的各类加工工艺中。通常情况下，聚烯烃的机械回收被视为一种降级回收过程。这种降级回收现象源于聚合物的“既往用途”以及在再加工过程中微观结构的破坏，而材料降解会改变产品的黏度，导致其加工性能与材料性能逐渐丧失，最终使得再生聚烯烃难以用于对工程性能有较高要求的应用场景。
Ludovic软件是一维双螺杆挤出仿真软件，通过数值仿真+特定耦合模型的方法可以预测在塑料机械回收过程中，材料降解对挤出工艺的影响。本文通过Ludovic软件对聚丙烯材料挤出过程仿真进行案例演示
一 目的：
二 仿真过程：
挤出机原型：CX70 CPM机器
材料：聚丙烯
挤出机建模
将材料降解程度χ，耦合到材料的流变模型中。χ是一个介于0到1之间的参数（0代表没有降解，1代表最大降解程度）。材料的流变曲线如下：
产品质量标准
通过实验+仿真的方法，找到需要满足产品质量标准的热-机械性能指标。
SME >190 kWh/t (有良好的分散混合)。
最大温度≤250 °C (确保被挤出产品不会分解)。
DoE(试验设计)分析
采用Ludovic的DoE(试验设计)功能，在不同的降解程度下，对工艺条件进行筛选，最终计算得出1331组模拟结果。据此可确定满足质量标准的工艺条件的配置。
[50;250] kg/h。
[150;450] RPM。
χ∈[0;1]。
1） 不同降解水平的塑料，对应挤出机的工艺运行范围。
通过设定满足产品质量标准的热-机械性能指标，筛选出所有符合用户设定要求的工艺配置。其中所有绿色单元格对应的工艺配置均满SME > 190 kWh/t且最大温度≤250 °C；而在红色单元格对应的工艺配置中，至少有一项未满足。
1）在固定的工艺条件下，满足产品标准时，塑料最大的降解程度。
固定的工艺条件：喂料量190kg/h、螺杆转速300 r/min。
在本示例中（工艺条件为喂料量190kg/h、螺杆转速300 r/min），满足产品质量标准要求的条件为：
SME>190 kWh/t (蓝线之上)。
最大温度≤250 °C (红线之下)。
因此，在该工艺条件下，原料允许的最大降解程度为χ= 0.6。
固定的工艺条件：喂料量250 kg/h、螺杆转速240 r/min。
在本示例中（工艺条件为喂料量250kg/h、螺杆转速240 r/min），唯一的限制标准是比机械能（SME），因为最高温度始终低于250°C的阈值。因此，在该工艺条件下，原料允许的最大降解程度为χ= 0.3。
三 总结
Ludovic软件可以自定义特定流变模型，可将原料的降解程度耦合到材料流变模型中。通过Ludovic仿真，可以分析对于不同降解水平的塑料，对应挤出机的工艺配置，以及在固定的工艺条件下，满足产品标准时，塑料最大的降解程度。
参考文献：
1.Towards effective recycling routes for polypropylene: Influence of a repair additive on flow characteristics and processability; Giulia Bernagozzi, Rossella Arrigo, Giuseppe Ponzielle, Alberto Frache; POLYMER DEGRADATION AND STABILITY 223 (2024) 110714。
2.Importance of Coupling Between Specific Energy and Viscosity in the Modeling of Twin Screw Extrusion of Starchy Products; Françoise Berzin, Ahmed Tara, Lan Tighzert, Bruno Vergnes; POLYMER ENGINEERING AND SCIENCE-2010。