Maski ochrony dróg oddechowych stały się nieodzownym elementem życia codziennego – zarówno w ochronie zdrowia, w przemyśle, jak i w czasie globalnych pandemii. Chronią użytkowników przed szkodliwymi cząstkami i patogenami. W praktyce jednak wiele modeli ma swoje ograniczenia: bywają niewygodne, źle dopasowują się do różnych kształtów twarzy i stanowią problem ekologiczny po zużyciu. W zakończonym właśnie projekcie badawczym „BestComfort” naukowcy z Fraunhofer-Institut für Mikrostruktur von Werkstoffen und Systemen IMWS w Halle (Saale) we współpracy z partnerami przemysłowymi opracowali nowatorską maskę FFP2, która łączy najwyższą skuteczność filtracji z ergonomicznym dopasowaniem i możliwością pełnego recyklingu.
Ergonomiczne dopasowanie i eliminacja nieszczelności
Tradycyjne maski FFP2 skutecznie filtrują cząstki, jednak wiele dostępnych na rynku modeli nie przylega idealnie do różnych kształtów twarzy, co prowadzi do powstawania mikronieszczelności i obniżenia poziomu ochrony. Projekt „BestComfort” zajął się tym problemem, łącząc wiedzę z zakresu ergonomii, inżynierii materiałowej i projektowania przemysłowego. W ciągu dwóch lat badań przeprowadzono szczegółowe analizy anatomiczne głów i twarzy, na podstawie których zaprojektowano nowe komponenty maski, w tym mostki nosowe i zaczepy na uszy w wielu wariantach konstrukcyjnych.
Nowe elementy zapewniają lepsze dopasowanie, zmniejszają punkty ucisku oraz poprawiają szczelność przylegania, co zwiększa zarówno komfort użytkowania, jak i skuteczność filtracji.
Jednomateriałowa konstrukcja dla łatwego recyklingu
Większość tradycyjnych masek FFP2 jest wykonana z różnych materiałów – od włóknin po metalowe druty – co uniemożliwia ich sortowanie i recykling. Zespół Fraunhofer IMWS wraz z firmami A+M GmbH i PORTEC GmbH opracował tzw. koncepcję monomateriałową. Wszystkie komponenty nowej maski powstają z tworzyw polimerowych, głównie polipropylenu i jego pochodnych. Dzięki temu zużyte maski można w pełni i jednolicie przetwarzać, znacznie ograniczając negatywny wpływ na środowisko.
Zaawansowane technologie produkcji i testowanie
Podczas opracowywania prototypów zastosowano nowoczesne techniki wytwarzania, takie jak druk 3D, odlewanie próżniowe i formowanie wtryskowe, co pozwoliło szybko przejść od projektu do funkcjonalnych modeli testowych. Prototypy były następnie badane w szeroko zakrojonych testach użytkowych, które obejmowały symulacje codziennych czynności oraz wysiłku fizycznego. Oceniano także parametry fizjologiczne, takie jak temperatura i wilgotność wewnątrz maski podczas długotrwałego noszenia.
Automatyzacja pomiarów szczelności i dopasowania
Jednym z kluczowych rezultatów projektu była budowa zautomatyzowanego stanowiska pomiarowego do oceny dopasowania i szczelności masek, zgodnego z normą DIN EN 149:2001. System ten umożliwia pozyskanie obiektywnych danych o wydajności masek bez konieczności każdorazowego prowadzenia kosztownych i czasochłonnych badań z udziałem ochotników.
Jak podkreśla kierownik projektu Annika Thormann z Fraunhofer IMWS, automatyzacja procesu testowania pozwala nie tylko przyspieszyć rozwój produktu, lecz także zapewnia powtarzalność i standaryzację wyników w warunkach zbliżonych do rzeczywistego użytkowania.
Materiałoznawstwo na poziomie mikrostruktury
Eksperci Fraunhofer IMWS przeprowadzili również szczegółową charakterystykę mikrostrukturalną zastosowanych materiałów z wykorzystaniem nowoczesnych technik analitycznych. Badano właściwości mechaniczne, termiczne i strukturalne poszczególnych komponentów, aby uzyskać optymalne połączenie elastyczności, wytrzymałości i przepuszczalności powietrza.
„Udało nam się wspólnie z partnerami stworzyć maskę, która łączy skuteczną ochronę, wysoki komfort użytkowania i troskę o środowisko. To dowód, że badania nad materiałami wysokich technologii mogą iść w parze z praktycznym wdrożeniem” – podkreśla Thormann.
Zainteresowanie przemysłu i perspektywy komercjalizacji
Wyniki projektu spotkały się z dużym uznaniem na międzynarodowych targach branżowych, takich jak formnext we Frankfurcie i rapidtec w Erfurcie. Rozpoczęto już rozmowy z potencjalnymi partnerami biznesowymi, które mogą wkrótce doprowadzić do wdrożenia nowej generacji masek FFP2 do masowej produkcji i praktycznego zastosowania w ochronie zdrowia i przemyśle.
Źródło: Fraunhofer-Institut für Mikrostruktur von Werkstoffen und Systemen IMWS
