Im Rahmen des Projekts wurden unterschiedliche FFP2- und FFP3-Masken ausgewählt und hinsichtlich unterschiedlicher Eigenschaften, wie z.B. Flächengewicht, Dicke, Porosität, Faserdurchmesser und Druckverlust charakterisiert. Die Bestimmung der Eigenschaften erfolgte sowohl an den Masken als auch an Proben aus verschiedenen Bereichen der Maske, um mögliche lokale Unterschiede aufzudecken. Die Masken wurden anschließend für verschiedene Trageszenarien unter der Berücksichtigung realer Einflüsse getestet. Als Testaerosol für die Abscheideversuche wurde neben Natriumchlorid (angelehnt an die Norm für Masken DIN EN 149) auch künstlich hergestellter Speichel verwendet.
Dafür wurde ein Prüfstand aufgebaut bei dem, an einem genormten Sheffield-Prüfkopf, die menschliche Atmung simuliert werden konnte. Der Schwerpunkt des Projekts lag dabei auf den realen Einflüssen wie beispielsweise die mechanische Deformation der Maske durch die wechselnde Ein- und Ausatmung, den Einfluss der Strömung auf die Dichtlinie und den Einfluss durch die Abscheidung von Tröpfchen bzw. Feuchte.
Die experimentellen Ergebnisse (Abscheideversuche am Prüfstand mit Prüfkopf und Messungen mit einem mobilen Fit-Tester an Versuchspersonen) und die CFD- Simulationen der Strömung durch den Prüfkopf mit Maske zeigen auf, wie wichtig der richtige Sitz der Maske im Hinblick auf die Leckage, sowie Filtereffizienz ist. Bei einer Leckage von 0.5 % (Größe des Spalts zwischen Maske und Gesicht im Verhältnis zur gesamten inneren Filterfläche der Maske) können bereits 40 bis 65 % der ausgeatmeten Luft durch die Leckage, anstatt durch die Maske, strömen.
Die ausgeatmete Luft des Menschen ist nahezu gesättigt und enthält daher einen großen Anteil an Wasser. Nach ausreichender Tragezeit kann die Innenseite der Maske feucht werden. Den Einfluss dieser trägerseitigen Befeuchtung der Maske wurde zum einen experimentell am Prüfstand für verschiedene Maskentypen/Maskenformen untersucht. Dafür wurden die Parameter während den abwechselnden Befeuchtungs- und Trocknungsphasen kontinuierlich aufgezeichnet. Zusätzlich wurden numerische Simulationen durchgeführt, um ebenfalls den Einfluss durch Feuchtigkeit auf die Mikrostruktur der Masken zu untersuchen. Da es sich bei den untersuchten Halbmasken um Elektret-Filtermedien (elektrostatisch aufgerüstete Vliesstoffe) handelt, ist deren Filtereffizienz stark abhängig von dem vorhandenen elektrostatischen Feld. Die Effekte der Feuchtigkeit auf dieses Feld, sowie der Einfluss auf die Partikelabscheidung wurde in den Simulationen an verschiedenen Modellen untersucht.
Bearbeitet wurde das Forschungsthema von 03/2020 bis 05/2022 an der RP Technischen Universität Kaiserslautern Landau, Lehrstuhl für Verfahrenstechnik (Gottlieb-Daimler-Straße, 67663 Kaiserslautern, Tel. 0631/2055262) unter der Leitung von V. Felske (Leiter der Forschungseinrichtung: Prof. Dr. S. Antonyuk)
Das IGF-Vorhaben Nr. 22382 BG der Forschungsvereinigung Forschungs-Gesellschaft Verfahrens-Technik e.V., Theodor-Heuss-Allee 25, 60486 Frankfurt am Main wurde im Rahmen des Programms „Industrielle Gemeinschaftsforschung (IGF)“ durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert.