汽車輪胎禁用限用物質檢測技術研究及檢驗能力建設

魏 哲，張昀昀，郝東輝，蘆海旭

（機械科學研究總院 中機寰宇認證檢驗有限公司，北京 102609）

汽車產業是我國國民經濟的支柱產業之一，我國汽車產銷量、保有量均已位列世界前茅。但我國汽車產業的可持續發展面臨著環境污染、能源緊缺、交通堵塞等諸多因素的制約。目前，我國絕大多數汽車企業已逐漸建立有害物質和回收利用率管理體系。鉛、汞、鎘、六價鉻、多溴聯苯、多溴聯苯醚等有害物質是汽車產業的主要禁用限用物質，多存在于發動機、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。然而，我國汽車行業有害物質和可回收利用率管理水平與發達國家相比仍存在一定差距，在企業重視程度、技術措施、管理水平、產業鏈協同等方面尤為顯著。為確保我國汽車工業高質量發展，提升汽車行業綠色制造水平、破解資源環境困局，并提升我國汽車產品的國際競爭力，目前汽車行業亟待轉變粗放的發展模式，加強生態環境保護意識，切實提高資源利用效率。按照國家法規要求并受國外汽車行業先進理念、技術的影響，我國汽車企業在一定程度上已形成汽車產品限制使用有害物質和提高可回收利用率的管理理念，并已有一定的技術儲備。

在汽車行業中，禁用物質是指對人體健康、動植物生命安全和環境具有危害或潛在危險，在汽車產品中禁止使用的物質。限用物質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，屬于高度關注的化學物質。禁用限用物質檢測技術是有害物質和回收利用率管理體系中的關鍵內容，國家有關部門已出臺了一系列技術法規用于指導、規范汽車及其零部件產品以及材料的供應、生產、銷售、回收等過程，各相關方也陸續制定了相關的國家標準、行業標準、地方標準和企業標準，構成了我國目前的汽車禁用限用物質技術法規和標準化體系。我國工業和信息化部節能與綜合利用司根據《汽車有害物質和可回收利用率管理要求》（工業和信息化部公告2015年第38號），定期發布載客車輛（M1類）落實《汽車有害物質和可回收利用率管理要求》的符合性情況清單并予以公告。

輪胎作為汽車產品的關鍵部件，其禁用限用物質的規定應嚴格滿足相關技術標準的要求。GB/T 30512—2014《汽車禁用物質要求》旨在使國內汽車生產企業和汽車進口代理商在汽車產品的研發、生產、進口、銷售等環節禁止使用鉛、汞、鎘、六價鉻、多溴聯苯和多溴聯苯醚，對其他有毒有害物質的限制要求未作規定[1]。輪胎相關檢測項目受該標準約束。同時，2021年2月1日實施的GB/T 38529—2020《輪胎中限用物質的限量要求》規定了橡膠輪胎（含內胎、墊帶）中不應使用的原料、限用物質及要求、試驗方法、試樣制備及其判定原則[2]。

理化檢測借助物理、化學等分析手段確定物質成分、性能、微觀/宏觀結構和用途等。理化檢測對汽車產品，尤其是在金屬合金性能研究方面應用廣泛，可用于確定特定材料的強度等參數是否符合標準。其中，物理分析主要是指對物質材料的分析、檢驗，確定其物理性能的變化。化學分析是指利用物質的化學反應作為分析的基礎，由于化學分析可絕對定量，故可根據樣品量、反應產物的量、所消耗試劑的量及反應的化學計量關系，計算得到待測組分的量。輪胎禁用限用物質的檢測即屬于理化檢測的范疇。在汽車及其零部件檢驗領域，涉及禁用限用物質檢測的產品很多，包括輪胎、制動器襯片、汽車電子電器、發動機及部件、底盤及部件、車身及部件、整車產品等。為便于統一管理，一般按照ISO/IEC 17025：2017《檢測和校準實驗室能力的通用要求》（等同我國CNASCL01：2018《檢測和校準實驗室能力認可準則》）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 輪胎禁用限用物質的分類

按照GB/T 30512—2014和GB/T 38529—2020的規定，輪胎禁用限用物質涉及禁用原料、輪胎成品中的限用物質等。

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。輪胎通常由內胎、外胎、墊帶等部件組成。

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

表1 成品輪胎中禁用限用物質及相關國家標準

成品輪胎不同部位取樣方法也有區別。按照輪胎限用物質檢測取樣方法，胎面、胎側、胎圈（除鋼絲外）、三角膠、內襯層樣品按照GB/T 29614—2013制備，內胎、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規定流程實施。

2 輪胎禁用限用物質的檢測方案

綜合考慮汽車行業發展動態、輪胎生產工藝、我國現行環保法規、國內外行業發展水平等因素，我國已制定GB/T 30512—2014和GB/T 38529—2020等國家標準，對輪胎設計、生產、銷售等環節進行標準化約束。輪胎生產工藝引入的可能存在或產生輪胎限用物質的原材料包括稠環芳烴、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，極易引入多環芳烴和鉛等限用物質。根據國家標準對輪胎中各類禁用限用物質的檢測方法規定及要求，相應的檢測方案見表2—4[1-2]。

表2 基于GB/T 30512—2014的輪胎限用物質檢測方案

表3 基于GB/T 38529—2020的膠料所含限用物質檢測方案

表4 基于GB/T 38529—2020的胎圈鋼絲所含限用物質檢測方案

3 檢驗能力建設

3.1 能力要求

輪胎禁用限用物質的檢測涉及物理方法和化學方法，檢測手段較復雜，往往需借助大量試劑、材料、專用檢驗設備及輔助設備/設施等實施檢驗，宜依據ISO/IEC 17025：2017，綜合“人-機器-材料-方法-環境-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體系結構。從經濟效益、檢驗效率等角度而言，建立理化實驗室，檢驗能力/資質多包括但不限于輪胎禁用限用物質范疇，往往拓展至汽車禁用物質、機動車兒童乘員用約束系統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、理化分析等應用場景。

理化實驗室規劃、設計、建設、驗收等過程均應遵守理化實驗室工程技術規范以及相關國家標準，可在前期保障實驗室后續布局優化、檢驗高效、管理規范、運行合規，并減少風險源。運行過程應遵守檢測和校準實驗室能力的通用要求，形成專業檢驗能力，并通過中國計量認證（CMA）和中國合格評定國家認可委員會（CNAS）資質認可后可以第三方身份對外承接檢驗服務。

3.2 理化實驗室組建方案

理化實驗室規劃設計階段，需綜合考慮工藝設計、建筑/裝修/結構設計、采暖/通風/空調/制冷設計、給水/排水設計、強電/弱電設計、管道設計、安全和防護、施工和調試、檢測與驗收等分布分項內容。理化實驗室作為針對某種產品或物質在研制、生產、使用過程中采用物理方法和化學方法進行測試分析或研究的場所，由一系列專業實驗室組成，以實現材料分析、某種物質的含量測定、種類鑒定等用途。

理化實驗室區域一般分為受控區和非受控區，其用房構成見表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 理化實驗室用房構成

另外，理化實驗室組建應確保滿足試驗人員安全性要求、試驗設備正常工作/生產受控環境容許值要求、周邊環境與設備更新要求等。實驗室受控環境容許值涉及溫度、濕度、潔凈度、微振、輻射、接地電阻等，根據專業實驗室分類，各項要求有所差異。而輔助用房和公共設施用房要求相對較低，一般夏季室內溫度宜為24～26 ℃，冬季室內溫度宜為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、北側布局原則。受控區域和非受控區域宜分開，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。各專業實驗室應根據設備及方法特性，重點規避外界擾動。例如，光譜分析室、色譜分析室、質譜分析室和氣體分析室應遠離振動源和電磁干擾源，宜分別單獨設置，布置在建筑物的底層，且每個房間宜設置過渡間，過渡間面積應不小于6 m2。天平室應遠離振動源及電磁干擾源，宜靠近化學分析室北向布置，放置精度大于0.001 mg天平的天平室應設置面積不小于6 m2的前室。X射線光電子能譜室、X射線熒光光譜儀室、X射線衍射分析室應布置在人員活動較少區域。

理化實驗室建設完成后，應遵循ISO/IEC 17025：2017《檢測和校準實驗室能力的通用要求》相關要求運行。作為輪胎禁用限用物質的檢測實驗室，至少應具備鉛、汞、鎘、六價鉻、多溴聯苯、多溴二苯醚、多環芳烴、短鏈氯化石蠟等物質的檢驗能力，即實驗室擁有本文所述檢測方案中的必需檢驗設備，試驗人員具有專業背景且經專業培訓至滿足檢驗能力要求，制定試驗大綱作為試驗過程指導文件，樣品接收/處置、試劑/材料管理合規，環境條件適宜等。CNAS實驗室認可活動所參照的基準為ISO/IEC 17025：2017。按照認可要求建立的理化實驗室運作過程見圖1[4]。

4 輪胎禁用限用物質檢測技術標準化分析

《中華人民共和國標準化法》第2章第21條規定“推薦性國家標準、行業標準、地方標準、團體標準、企業標準的技術要求不得低于強制性國家標準的相關技術要求。國家鼓勵社會團體、企業制定高于推薦性標準相關技術要求的團體標準、企業標準”[5]。GB/T 30512—2014，GB/T 38529—2020規定了對汽車零件、輪胎禁用限用物質的檢測要求和試驗方法。雖然是推薦性國家標準，但在落實層面，汽車企業一般強制執行，如中國強制認證（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作為必檢項予以公告，要求汽車企業必須提供某些零件的禁用限用物質第三方檢測報告。

我國對輪胎禁用限用物質的要求一直在動態調整，相較歐、美、日等發達國家或地區曾顯寬松，現已較為接近，對于我國輪胎產品的出口漸為有利。除國家出臺推薦性標準外，我國整車企業均已制定汽車產品禁用限用物質細則等指導文件或類似技術規范，對各類物質的種類進行了充分識別，已覆蓋國家標準規定的禁用限用物質種類。國際上知名的相關技術規范很多，如美國通用汽車公司GMW 3059、美國福特汽車公司WSS-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、德國汽車工業協會VDA-List 232-101等。此外，歐盟報廢汽車技術指令（2000/53/EC）、歐洲議會和歐盟理事會關于修訂有關報廢車輛的第2000/53/EC號指令附錄Ⅱ的委員會決定（2008/689/EC）、歐盟理事會關于有害廢棄物的指令（91/689/EEC）、全球汽車申報物質清單（GADSL）等，對于禁用限用物質在汽車產業鏈中的傳遞可以進行識別、約束和追溯。同時，此類法規日益成為保護本國、本地區產業的技術壁壘，我國亟待從政策、法規層面做出調整，既是保護環境、節約資源的迫切需要，也是我國汽車產業轉型升級、增強產業鏈韌性的必然要求[6-7]。

5 結論

本文就汽車輪胎禁用限用物質的分類、分布和檢測方案進行了系統闡述。輪胎中鉛、汞、鎘、六價鉻、多溴聯苯、多溴二苯醚、多環芳烴、短鏈氯化石蠟等物質的檢測方法主要基于GB/T 30512—2014和GB/T 38529—2020相關規定。雖然各類檢測方法已較為完善，但我國相關技術標準更新速度滯后于發達國家，高端檢測儀器設備多為進口，檢驗能力存在短板。在國家供給側結構性改革大背景下，產業鏈上下游聯動明顯加強，自主創新能力大幅提升，國內外輪胎行業的差距有望繼續縮小。

輪胎禁用限用物質檢測的依托主體為理化實驗室。檢驗能力體系構建很大程度上即理化實驗室建設。理化實驗室工程技術規范作為實驗室籌建的重要參考，在設計、施工、安全防范、調試和驗收等方面提供策劃依據；檢測和校準實驗室能力認可準則作為實驗室運行的指導規范，從實驗室公正性、保密性、結構要求、資源要求、設施和環境條件、設備、計量溯源、外部提供的產品和服務、過程要求、管理體系要求等方面加以規定。檢驗能力建設應充分基于技術標準和法規要求，拓展新的檢驗領域、發展新的檢測技術、設計新的檢測方法，加強行業創新和標準化建設，形成核心競爭力，助推我國輪胎產品、技術和標準“走出去”。