Material selection for non-contacting radar process seal antenna

Abstract

Per- and polyfluoroalkyl substances (PFAS) are a group of over 10 000 chemicals which are widely utilized across different industries and applications due to their unique and extremely good material properties. Polytetrafluoroethylene (PTFE) or better known with its trademark name Teflon falls under the PFAS group. PFAS are referred as “forever chemicals” because it takes extremely long time for them to break down in the environment. PFAS are found everywhere in the environment. They are linked to cause detrimental effects in humans and environmental damage. Due to the rising concerns of the PFAS, European Chemicals Agency (ECHA) have proposed massive restrictions for the use of PFAS.

Emerson utilizes widely different PFAS in their products and possible restrictions can majorly disrupt the business. The objective of this master’s thesis is to seek for PFAS-free alternative materials for the Emerson’s 5408 non-contacting radar process seal antenna part which is currently made from PTFE. In this master’s thesis systematic material selection process is conducted and alternative material options are searched for and evaluated.

As the result of the material selection process, polyetheretherketone (PEEK) and polyphenylene sulfide (PPS) seem to be the most viable PFAS-free alternatives for this specific application. However, based on this thesis PTFE has very unique combination of material properties and it outperforms the alternative materials in many of the key parameters and material properties considered in this master’s thesis.

Per- ja polyfluoroalkyyliyhdisteet (PFAS) ovat yli 10 000 kemikaalin ryhmä, joita käytetään laajasti eri teollisuudenaloilla ja sovelluksissa ainutlaatuisten ja erittäin hyvien materiaaliominaisuuksiensa ansiosta. Polytetrafluorieteeni (PTFE), joka tunnetaan paremmin tavaramerkkinimellään Teflonina, kuuluu PFAS-yhdisteisiin. PFAS-yhdisteitä kutsutaan "ikuisuuskemikaaleiksi", koska niiden hajoaminen ympäristössä kestää erittäin kauan. PFAS-yhdisteet ovat yhdistetty aiheuttavan vahinkoa ihmisille ja ympäristölle. Kasvavien huolien vuoksi Euroopan kemikaalivirasto (ECHA) on ehdottanut valtavia rajoituksia PFAS-yhdisteiden käytölle.

Emerson käyttää tuotteissaan paljon erilaisia PFAS-yhdisteitä, ja mahdolliset rajoitukset näiden käytössä voivat häiritä liiketoimintaa merkittävästi. Tämän diplomityön tavoitteena on etsiä PFAS-vapaita materiaaleja Emersonin 5408 koskettamattoman tutkan prosessitiivisteantennin osaan, joka on tällä hetkellä valmistettu PTFE:stä. Tässä diplomityössä toteutetaan systemaattinen materiaalinvalintaprosessi, jonka tarkoituksena on etsiä ja analysoida vaihtoehtoisia PFAS-vapaita materiaaleja kyseiselle tutkan osalle.

Materiaalinvalintaprosessin tuloksena polyeetterieetteriketoni (PEEK) ja polyfenyleenisulfidi (PPS) näyttävät olevan varteenotettavimmat PFAS-vapaat vaihtoehdot tässä kyseissä käyttötarkoituksessa. Tämän diplomityön perusteella PTFE:llä on kuitenkin hyvin ainutlaatuinen materiaaliominaisuuksien yhdistelmä, ja se ylittää ehdotetut vaihtoehtoiset materiaalit tässä työssä käsitellyissä avainparametreissa ja materiaaliominaisuuksissa.