汽車輪胎禁用限用物質(zhì)檢測技術(shù)研究及檢驗?zāi)芰ㄔO(shè)

魏 哲，張昀昀，郝東輝，蘆海旭

（機械科學(xué)研究總院 中機寰宇認(rèn)證檢驗有限公司，北京 102609）

汽車產(chǎn)業(yè)是我國國民經(jīng)濟的支柱產(chǎn)業(yè)之一，我國汽車產(chǎn)銷量、保有量均已位列世界前茅。但我國汽車產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展面臨著環(huán)境污染、能源緊缺、交通堵塞等諸多因素的制約。目前，我國絕大多數(shù)汽車企業(yè)已逐漸建立有害物質(zhì)和回收利用率管理體系。鉛、汞、鎘、六價鉻、多溴聯(lián)苯、多溴聯(lián)苯醚等有害物質(zhì)是汽車產(chǎn)業(yè)的主要禁用限用物質(zhì)，多存在于發(fā)動機、變速箱、底盤緊固件、車燈、后視鏡等豁免范圍的部件材料中，且基本都已具備可靠的替代方法或技術(shù)。然而，我國汽車行業(yè)有害物質(zhì)和可回收利用率管理水平與發(fā)達(dá)國家相比仍存在一定差距，在企業(yè)重視程度、技術(shù)措施、管理水平、產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同等方面尤為顯著。為確保我國汽車工業(yè)高質(zhì)量發(fā)展，提升汽車行業(yè)綠色制造水平、破解資源環(huán)境困局，并提升我國汽車產(chǎn)品的國際競爭力，目前汽車行業(yè)亟待轉(zhuǎn)變粗放的發(fā)展模式，加強生態(tài)環(huán)境保護意識，切實提高資源利用效率。按照國家法規(guī)要求并受國外汽車行業(yè)先進理念、技術(shù)的影響，我國汽車企業(yè)在一定程度上已形成汽車產(chǎn)品限制使用有害物質(zhì)和提高可回收利用率的管理理念，并已有一定的技術(shù)儲備。

在汽車行業(yè)中，禁用物質(zhì)是指對人體健康、動植物生命安全和環(huán)境具有危害或潛在危險，在汽車產(chǎn)品中禁止使用的物質(zhì)。限用物質(zhì)是指在某些零件或材料中的用量超出限值時必須申報，但在汽車零部件中并未被禁止使用，屬于高度關(guān)注的化學(xué)物質(zhì)。禁用限用物質(zhì)檢測技術(shù)是有害物質(zhì)和回收利用率管理體系中的關(guān)鍵內(nèi)容，國家有關(guān)部門已出臺了一系列技術(shù)法規(guī)用于指導(dǎo)、規(guī)范汽車及其零部件產(chǎn)品以及材料的供應(yīng)、生產(chǎn)、銷售、回收等過程，各相關(guān)方也陸續(xù)制定了相關(guān)的國家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、地方標(biāo)準(zhǔn)和企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，構(gòu)成了我國目前的汽車禁用限用物質(zhì)技術(shù)法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)化體系。我國工業(yè)和信息化部節(jié)能與綜合利用司根據(jù)《汽車有害物質(zhì)和可回收利用率管理要求》（工業(yè)和信息化部公告2015年第38號），定期發(fā)布載客車輛（M1類）落實《汽車有害物質(zhì)和可回收利用率管理要求》的符合性情況清單并予以公告。

輪胎作為汽車產(chǎn)品的關(guān)鍵部件，其禁用限用物質(zhì)的規(guī)定應(yīng)嚴(yán)格滿足相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的要求。GB/T 30512—2014《汽車禁用物質(zhì)要求》旨在使國內(nèi)汽車生產(chǎn)企業(yè)和汽車進口代理商在汽車產(chǎn)品的研發(fā)、生產(chǎn)、進口、銷售等環(huán)節(jié)禁止使用鉛、汞、鎘、六價鉻、多溴聯(lián)苯和多溴聯(lián)苯醚，對其他有毒有害物質(zhì)的限制要求未作規(guī)定[1]。輪胎相關(guān)檢測項目受該標(biāo)準(zhǔn)約束。同時，2021年2月1日實施的GB/T 38529—2020《輪胎中限用物質(zhì)的限量要求》規(guī)定了橡膠輪胎（含內(nèi)胎、墊帶）中不應(yīng)使用的原料、限用物質(zhì)及要求、試驗方法、試樣制備及其判定原則[2]。

理化檢測借助物理、化學(xué)等分析手段確定物質(zhì)成分、性能、微觀/宏觀結(jié)構(gòu)和用途等。理化檢測對汽車產(chǎn)品，尤其是在金屬合金性能研究方面應(yīng)用廣泛，可用于確定特定材料的強度等參數(shù)是否符合標(biāo)準(zhǔn)。其中，物理分析主要是指對物質(zhì)材料的分析、檢驗，確定其物理性能的變化。化學(xué)分析是指利用物質(zhì)的化學(xué)反應(yīng)作為分析的基礎(chǔ)，由于化學(xué)分析可絕對定量，故可根據(jù)樣品量、反應(yīng)產(chǎn)物的量、所消耗試劑的量及反應(yīng)的化學(xué)計量關(guān)系，計算得到待測組分的量。輪胎禁用限用物質(zhì)的檢測即屬于理化檢測的范疇。在汽車及其零部件檢驗領(lǐng)域，涉及禁用限用物質(zhì)檢測的產(chǎn)品很多，包括輪胎、制動器襯片、汽車電子電器、發(fā)動機及部件、底盤及部件、車身及部件、整車產(chǎn)品等。為便于統(tǒng)一管理，一般按照ISO/IEC 17025：2017《檢測和校準(zhǔn)實驗室能力的通用要求》（等同我國CNASCL01：2018《檢測和校準(zhǔn)實驗室能力認(rèn)可準(zhǔn)則》）的要求建立專門的理化實驗室，形成理化檢測能力，開展檢驗活動。

1 輪胎禁用限用物質(zhì)的分類

按照GB/T 30512—2014和GB/T 38529—2020的規(guī)定，輪胎禁用限用物質(zhì)涉及禁用原料、輪胎成品中的限用物質(zhì)等。

輪胎禁止使用的原材料包括N-苯基-β-萘胺、五氯苯硫酚塑解劑以及高含量芳烴油等。輪胎通常由內(nèi)胎、外胎、墊帶等部件組成。

外胎一般由胎體、帶束層、胎面、胎側(cè)和胎圈組成。各部位的材料構(gòu)成存在一定差異，其檢測限用物質(zhì)項目也不同。成品輪胎中禁用限用物質(zhì)及相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)見表1，其中，胎圈鋼絲只需檢測鉛、汞、鎘、六價鉻，而胎面、胎側(cè)、胎圈（除鋼絲外）、三角膠、內(nèi)襯層、內(nèi)胎、墊帶等部位則需全部檢測。兩項國家標(biāo)準(zhǔn)對禁用限用物質(zhì)的測試方法存在一定差異。

表1 成品輪胎中禁用限用物質(zhì)及相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)

成品輪胎不同部位取樣方法也有區(qū)別。按照輪胎限用物質(zhì)檢測取樣方法，胎面、胎側(cè)、胎圈（除鋼絲外）、三角膠、內(nèi)襯層樣品按照GB/T 29614—2013制備，內(nèi)胎、墊帶、胎圈鋼絲樣品按照GB/T 519—2017制備。按照汽車禁用物質(zhì)檢測取樣方法，樣品制備參照QC/T 941—2013，QC/T 942—2013和QC/T 943—2013規(guī)定流程實施。

2 輪胎禁用限用物質(zhì)的檢測方案

綜合考慮汽車行業(yè)發(fā)展動態(tài)、輪胎生產(chǎn)工藝、我國現(xiàn)行環(huán)保法規(guī)、國內(nèi)外行業(yè)發(fā)展水平等因素，我國已制定GB/T 30512—2014和GB/T 38529—2020等國家標(biāo)準(zhǔn)，對輪胎設(shè)計、生產(chǎn)、銷售等環(huán)節(jié)進行標(biāo)準(zhǔn)化約束。輪胎生產(chǎn)工藝引入的可能存在或產(chǎn)生輪胎限用物質(zhì)的原材料包括稠環(huán)芳烴、充油丁苯橡膠1712和1721、芳香烴和脂肪烴樹脂混合物類樹脂、炭黑和氧化鋅等，極易引入多環(huán)芳烴和鉛等限用物質(zhì)。根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)對輪胎中各類禁用限用物質(zhì)的檢測方法規(guī)定及要求，相應(yīng)的檢測方案見表2—4[1-2]。

表2 基于GB/T 30512—2014的輪胎限用物質(zhì)檢測方案

表3 基于GB/T 38529—2020的膠料所含限用物質(zhì)檢測方案

表4 基于GB/T 38529—2020的胎圈鋼絲所含限用物質(zhì)檢測方案

3 檢驗?zāi)芰ㄔO(shè)

3.1 能力要求

輪胎禁用限用物質(zhì)的檢測涉及物理方法和化學(xué)方法，檢測手段較復(fù)雜，往往需借助大量試劑、材料、專用檢驗設(shè)備及輔助設(shè)備/設(shè)施等實施檢驗，宜依據(jù)ISO/IEC 17025：2017，綜合“人-機器-材料-方法-環(huán)境-測試”多方面建立面向全過程、全要素的檢驗體系，一般以理化實驗室的形式呈現(xiàn)體系結(jié)構(gòu)。從經(jīng)濟效益、檢驗效率等角度而言，建立理化實驗室，檢驗?zāi)芰?資質(zhì)多包括但不限于輪胎禁用限用物質(zhì)范疇，往往拓展至汽車禁用物質(zhì)、機動車兒童乘員用約束系統(tǒng)可遷移元素以及其他需要進行毒性元素/化合物識別、定量檢測、理化分析等應(yīng)用場景。

理化實驗室規(guī)劃、設(shè)計、建設(shè)、驗收等過程均應(yīng)遵守理化實驗室工程技術(shù)規(guī)范以及相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)，可在前期保障實驗室后續(xù)布局優(yōu)化、檢驗高效、管理規(guī)范、運行合規(guī)，并減少風(fēng)險源。運行過程應(yīng)遵守檢測和校準(zhǔn)實驗室能力的通用要求，形成專業(yè)檢驗?zāi)芰?，并通過中國計量認(rèn)證（CMA）和中國合格評定國家認(rèn)可委員會（CNAS）資質(zhì)認(rèn)可后可以第三方身份對外承接檢驗服務(wù)。

3.2 理化實驗室組建方案

理化實驗室規(guī)劃設(shè)計階段，需綜合考慮工藝設(shè)計、建筑/裝修/結(jié)構(gòu)設(shè)計、采暖/通風(fēng)/空調(diào)/制冷設(shè)計、給水/排水設(shè)計、強電/弱電設(shè)計、管道設(shè)計、安全和防護、施工和調(diào)試、檢測與驗收等分布分項內(nèi)容。理化實驗室作為針對某種產(chǎn)品或物質(zhì)在研制、生產(chǎn)、使用過程中采用物理方法和化學(xué)方法進行測試分析或研究的場所，由一系列專業(yè)實驗室組成，以實現(xiàn)材料分析、某種物質(zhì)的含量測定、種類鑒定等用途。

理化實驗室區(qū)域一般分為受控區(qū)和非受控區(qū)，其用房構(gòu)成見表5，對理化實驗室檢驗類別、必備的檢驗場所等進行識別[3]。

表5 理化實驗室用房構(gòu)成

另外，理化實驗室組建應(yīng)確保滿足試驗人員安全性要求、試驗設(shè)備正常工作/生產(chǎn)受控環(huán)境容許值要求、周邊環(huán)境與設(shè)備更新要求等。實驗室受控環(huán)境容許值涉及溫度、濕度、潔凈度、微振、輻射、接地電阻等，根據(jù)專業(yè)實驗室分類，各項要求有所差異。而輔助用房和公共設(shè)施用房要求相對較低，一般夏季室內(nèi)溫度宜為24～26 ℃，冬季室內(nèi)溫度宜為18～22 ℃，濕度宜為30%（冬季）～70%（夏季）。

理化實驗室整體布局宜遵循組合布局原則、底層布局原則、頂層布局原則、北側(cè)布局原則。受控區(qū)域和非受控區(qū)域宜分開，人流、物流、污染流三流分開，保證人員安全和樣品無交叉污染。各專業(yè)實驗室應(yīng)根據(jù)設(shè)備及方法特性，重點規(guī)避外界擾動。例如，光譜分析室、色譜分析室、質(zhì)譜分析室和氣體分析室應(yīng)遠(yuǎn)離振動源和電磁干擾源，宜分別單獨設(shè)置，布置在建筑物的底層，且每個房間宜設(shè)置過渡間，過渡間面積應(yīng)不小于6 m2。天平室應(yīng)遠(yuǎn)離振動源及電磁干擾源，宜靠近化學(xué)分析室北向布置，放置精度大于0.001 mg天平的天平室應(yīng)設(shè)置面積不小于6 m2的前室。X射線光電子能譜室、X射線熒光光譜儀室、X射線衍射分析室應(yīng)布置在人員活動較少區(qū)域。

理化實驗室建設(shè)完成后，應(yīng)遵循ISO/IEC 17025：2017《檢測和校準(zhǔn)實驗室能力的通用要求》相關(guān)要求運行。作為輪胎禁用限用物質(zhì)的檢測實驗室，至少應(yīng)具備鉛、汞、鎘、六價鉻、多溴聯(lián)苯、多溴二苯醚、多環(huán)芳烴、短鏈氯化石蠟等物質(zhì)的檢驗?zāi)芰?，即實驗室擁有本文所述檢測方案中的必需檢驗設(shè)備，試驗人員具有專業(yè)背景且經(jīng)專業(yè)培訓(xùn)至滿足檢驗?zāi)芰σ?，制定試驗大綱作為試驗過程指導(dǎo)文件，樣品接收/處置、試劑/材料管理合規(guī)，環(huán)境條件適宜等。CNAS實驗室認(rèn)可活動所參照的基準(zhǔn)為ISO/IEC 17025：2017。按照認(rèn)可要求建立的理化實驗室運作過程見圖1[4]。

4 輪胎禁用限用物質(zhì)檢測技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化分析

《中華人民共和國標(biāo)準(zhǔn)化法》第2章第21條規(guī)定“推薦性國家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、地方標(biāo)準(zhǔn)、團體標(biāo)準(zhǔn)、企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)要求不得低于強制性國家標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)技術(shù)要求。國家鼓勵社會團體、企業(yè)制定高于推薦性標(biāo)準(zhǔn)相關(guān)技術(shù)要求的團體標(biāo)準(zhǔn)、企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)”[5]。GB/T 30512—2014，GB/T 38529—2020規(guī)定了對汽車零件、輪胎禁用限用物質(zhì)的檢測要求和試驗方法。雖然是推薦性國家標(biāo)準(zhǔn)，但在落實層面，汽車企業(yè)一般強制執(zhí)行，如中國強制認(rèn)證（CCC）工廠檢查、IATF 16949及ISO 14001外審中均會涉及，且工信部對禁用限用物質(zhì)作為必檢項予以公告，要求汽車企業(yè)必須提供某些零件的禁用限用物質(zhì)第三方檢測報告。

我國對輪胎禁用限用物質(zhì)的要求一直在動態(tài)調(diào)整，相較歐、美、日等發(fā)達(dá)國家或地區(qū)曾顯寬松，現(xiàn)已較為接近，對于我國輪胎產(chǎn)品的出口漸為有利。除國家出臺推薦性標(biāo)準(zhǔn)外，我國整車企業(yè)均已制定汽車產(chǎn)品禁用限用物質(zhì)細(xì)則等指導(dǎo)文件或類似技術(shù)規(guī)范，對各類物質(zhì)的種類進行了充分識別，已覆蓋國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的禁用限用物質(zhì)種類。國際上知名的相關(guān)技術(shù)規(guī)范很多，如美國通用汽車公司GMW 3059、美國福特汽車公司W(wǎng)SS-M99P999-A1、法國雷諾汽車公司00-10-050/00-10-060、德國大眾汽車公司VW91101-1、德國汽車工業(yè)協(xié)會VDA-List 232-101等。此外，歐盟報廢汽車技術(shù)指令（2000/53/EC）、歐洲議會和歐盟理事會關(guān)于修訂有關(guān)報廢車輛的第2000/53/EC號指令附錄Ⅱ的委員會決定（2008/689/EC）、歐盟理事會關(guān)于有害廢棄物的指令（91/689/EEC）、全球汽車申報物質(zhì)清單（GADSL）等，對于禁用限用物質(zhì)在汽車產(chǎn)業(yè)鏈中的傳遞可以進行識別、約束和追溯。同時，此類法規(guī)日益成為保護本國、本地區(qū)產(chǎn)業(yè)的技術(shù)壁壘，我國亟待從政策、法規(guī)層面做出調(diào)整，既是保護環(huán)境、節(jié)約資源的迫切需要，也是我國汽車產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級、增強產(chǎn)業(yè)鏈韌性的必然要求[6-7]。

5 結(jié)論

本文就汽車輪胎禁用限用物質(zhì)的分類、分布和檢測方案進行了系統(tǒng)闡述。輪胎中鉛、汞、鎘、六價鉻、多溴聯(lián)苯、多溴二苯醚、多環(huán)芳烴、短鏈氯化石蠟等物質(zhì)的檢測方法主要基于GB/T 30512—2014和GB/T 38529—2020相關(guān)規(guī)定。雖然各類檢測方法已較為完善，但我國相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)更新速度滯后于發(fā)達(dá)國家，高端檢測儀器設(shè)備多為進口，檢驗?zāi)芰Υ嬖诙贪濉Ｔ趪夜┙o側(cè)結(jié)構(gòu)性改革大背景下，產(chǎn)業(yè)鏈上下游聯(lián)動明顯加強，自主創(chuàng)新能力大幅提升，國內(nèi)外輪胎行業(yè)的差距有望繼續(xù)縮小。

輪胎禁用限用物質(zhì)檢測的依托主體為理化實驗室。檢驗?zāi)芰w系構(gòu)建很大程度上即理化實驗室建設(shè)。理化實驗室工程技術(shù)規(guī)范作為實驗室籌建的重要參考，在設(shè)計、施工、安全防范、調(diào)試和驗收等方面提供策劃依據(jù)；檢測和校準(zhǔn)實驗室能力認(rèn)可準(zhǔn)則作為實驗室運行的指導(dǎo)規(guī)范，從實驗室公正性、保密性、結(jié)構(gòu)要求、資源要求、設(shè)施和環(huán)境條件、設(shè)備、計量溯源、外部提供的產(chǎn)品和服務(wù)、過程要求、管理體系要求等方面加以規(guī)定。檢驗?zāi)芰ㄔO(shè)應(yīng)充分基于技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和法規(guī)要求，拓展新的檢驗領(lǐng)域、發(fā)展新的檢測技術(shù)、設(shè)計新的檢測方法，加強行業(yè)創(chuàng)新和標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)，形成核心競爭力，助推我國輪胎產(chǎn)品、技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)“走出去”。