欧洲轨道交通车辆产品环保管控研究

钟源，李人哲，关玲玲

（1.中车株洲电力机车有限公司大功率交流传动电力机车系统集成国家重点实验室，湖南株洲412001；2.华测检测认证集团股份有限公司，广东深圳518133）

0 引言

中国和欧盟处在“一带一路”的两端，“一带一路”倡议为中、欧轨道交通行业贸易与合作提供了新的发展和机遇，例如中车株洲电力机车有限公司，先后与北马其顿、捷克等国进行了项目合作［1-2］。但受环保水平制约，我国与欧盟之间的贸易摩擦越来越多，欧盟越来越严格的环境政策与法规，对我国外贸出口形成了明显的环保绿色壁垒，直接或间接影响我国轨道交通车辆产品的国际竞争力。在国内轨道交通产业“走出去”的大环境下［3］，轨道交通车辆产品正面临出口车辆环保性能是否满足目的地国法律法规要求的风险。欧盟和中国之间缺乏有约束力的协议，以保证相互间的轨道交通产业市场开放。鉴于这种情况，欧洲铁路行业协会（UNIFE）敦促欧洲各机构进行必要的立法和法律改革，使欧洲和中国铁路供应行业能够公平竞争［4］。基于欧盟环保法规和要求的分析理解，阐明UNIFE提出的管控措施作为轨道交通车辆产品进入欧洲市场的行业要求，对UNIFE管控的有害物质检测策略进行指引性的探讨。

1 环保管控要求

1.1 UNIFE与欧盟其他环保法规

在众多环保法规中，欧盟的法规最多且最严格，特别的是，环保政策在欧洲是作为法律、法规来颁布的，欧盟的环保政策不单独针对某个行业而是所有行业领域都应该严格遵守，REACH法规（EC）No 1907/2006，即化学品的注册、评估、授权和限制，于2007年6月1日正式生效，是对进入欧盟市场的所有化学品进行预防性管理的法规；RoHS指令是限制电子电气产品中使用特定有害物质的指令，目前有效版本为2011/65/EU及其修订指令（EU）2015/863；POPs法规即持久性有机污染物管控法规，其有效版本为（EU）2019/1021，管控物质若不符合相关豁免要求，将不得用于生产、投放市场和用于物质、混合物或物品；物质是指自然状态下或通过生产过程获得的化学元素及其化合物；混合物是指由2种或2种以上物质组成的混合物或溶液，如油漆、润滑剂；物品是指一种在制造过程中获得特定的形状、外观或设计的物体，这些形状、外观或设计比其化学成分更能决定其功能，如座椅、桌板等。消耗臭氧层物质法规（EC）No 1005/2009，对CFC、HCFC、哈龙、四氯化碳、1,1,1-三氯乙烷、甲基溴、含溴氟烃和含氢氯氟烃的生产、进出口、销售、使用、回收、循环使用、再生和销毁提出了逐步淘汰和控制使用要求。作为代表铁路供应产业利益的国际性行业协会UNIFE，根据已颁布的REACH法规，和RoHS指令、WEEE指令、F-Gases法规等，在轨道交通行业制定了可执行的管控要求。该管控要求可作为轨道交通车辆产品进入欧洲市场的行业要求，UNIFE管控要求在各法规中的分布情况见表1。

表1 UNIFE RISL清单管控内容在各法规中的分布情况

1.2 UNIFE管控

UNIFE和德国铁路工业协会颁布了铁路行业物质清单（Railway Industry Substance List，RISL）（简称清单）。该清单根据各法规的修订不断更新，截至2019年12月，共有401条管控内容，其中涉及有机物280条；有机金属17条；无机物10条；无机金属79条；矿物质13条，此外还有2条特殊条款。清单提供了关于欧洲铁路行业禁用化合物和需要进行申报评估的化合物信息及在各控制领域的适用性要求等。其中P（AR）是在整个供应链领域被禁止的化合物。申报又分为申报评估D（FA）和申报参考D（FI），被定义为申报评估的化合物除非得到最终用户的评估授权，否则不允许在供应的材料中存在；被定义为申报参考的化合物不在UNIFE RISL清单中；但在CLP法规中，被定义为危险的化合物应被视为申报参考化合物，应该申报给客户进行信息参考。UNIFE管控化合物含量要求和对应的管控措施见表2.

表2 UNIFE管控化合物含量要求和对应的管控措施

1.3 我国与欧盟环保管控差异

目前我国轨道交通车辆产品化学环保性能主要执行TB/T 3139—2006、铁总科技﹝2014﹞50号文件及中车企标等。与欧盟法规相比，主要存在以下3方面差异：

（1）管控对象范围不同。欧盟法规管控全部材料，而国内标准多数管控特定材料的有害物质，比如TB/T 3139仅管控内装材料。

（2）管控的有害物质种类不同。欧盟法规管控化合物远远多于国内标准，达400多个条款。

（3）管控方式不同。欧盟主要采取从原材料生产开始，信息逐级传递申报的方式，而我国主要采取主机厂验收的方式。这是形成中、欧环保绿色壁垒的主要原因。

2 环保符合性检测方法

2.1 拆分与送检

2.1.1 拆分要求和必要性

与REACH和POPs等法规相比，UNIFE对有害物质的管控并不是按物品区分，而是按材料、物质或混合物2个维度进行区分。同时有害物质含量限值也是基于材料、物质或混合物计算，因此最终进行测试的产品只能以这2种形式呈现。成品和非均质材料（能通过机械手段进一步分离）并不适合直接检测分析。正确地拆分成品将直接提升产品中有害物质检测的准确性和经济性，降低检测风险。

2.1.2 拆分与送检

轨道交通车辆产品材料种类繁多、数量庞大。根据构成该材料的物质及元素种类，可划分为有机材料、无机材料和金属材料三大类［5］。原则上所有模块或部件都需要被拆分成均质材料（不能通过机械手段进一步分离），每种材料作为1个测试对象，避免相互干扰。参照电子电器行业成品拆分规则［6-8］，轨道交通车辆产品拆分流程见图1。拆分总体原则是获取可被直接测试的均质材料，但仍然存在一些难以拆分的非均质材料。以下结合实际情况讨论轨道交通车辆产品不同送检方式的建议：

图1 轨道交通车辆产品拆分流程图

（1）原材料。原材料按状态分为干材和湿材两大类，聚合物材料和金属材料等属于干材，其中未经表面处理的材料可直接送检测试；表面涂膜或喷漆处理的材料需要评估是否可以进一步分离，如可分离，则分成均质材料分别测试，如不可分离，则参照复合材料进行测试。油漆涂料、胶黏剂、润滑剂等属于湿材，这类材料按照车辆实际使用状态送检测试更为合适。如油漆涂料，可按照施工工艺制备成漆膜后进行测试。

（2）复合材料。复合材料在轨道交通车辆产品中应用较多，如铝塑复合板、蜂窝板、贴面胶合板等。以铝塑复合板为例，其结构组成依次是铝板、聚乙烯芯材、铝板、表面喷漆板。这类材料可采用机械手段分离，分离后进行测试。贴面胶合板是通过粘接工艺将贴面材料附着在胶合板基材上，很难实现机械分离，针对这种情况可采取粉碎工艺制备成均质材料或获取原材料的方式进行检测。无论哪种方式都存在一定风险，对于粉碎检测，遇到检测结果超标的情况无法判断其真实来源。对于原材料检测，检测对象与实际产品不同，需要结合工艺过程评估检测结果的有效性。

（3）部件和模块整机。对于零件和材料成分较少的小部件可按照拆分流程拆解后测试，但对于大部件和整机模块由于其零部件众多，材料成分多样，造价成本高，可依据其BOM清单进行分解，采用提供BOM清单中原材料（最小级别）的方式进行送检，此外考虑到拆分后材料数量众多，检测成本偏高，在充分风险评估的基础上，也可参照合并同类项的原则，选择有代表性的材料进行送检，具体执行要求为相同材料（包括基材和添加剂）被用于生产不同部件时，也可将其视为同一个检测单元。拆解过程中遇到不可进一步拆分的非均质材料，可参照复合材料进行测试。以某轨道车辆司机室电气柜产品为例做进一步说明，电气柜产品BOM清单及送检测试分析汇总见表3，清单共包含24种材料，其中复合材料3种，化工产品2种，均质材料19种。按照前述的送检规则，复合材料为铝蜂窝板，由于其生产过程中涉及胶接及喷涂工艺，不易分离，因此将铝蜂窝板原材料（铝板、胶黏剂、蜂窝芯和油漆等）送检测试；胶和漆类的化工产品固化后送检测试，其他均质材料需要逐一确认是否有相同材质，对于相同材质的零部件进行检测单元合并，最终确认需要送检的材料共19种。

2.2 材料检测

2.2.1 检测规则

一般而言，物质的化学组成及结构决定了它的理化性质和毒理性质，进而决定了能形成的材料和材料的应用范围［9］。基于此分析，非有机材料中出现有机化合物的可能性极低。因此在检测过程中，首要任务是将收到的材料按类别进行分类，依据分类选择需要管控的目标物，以降低检测成本。材料分类及管控数量见表4，针对金属材料和无机材料只需要管控105条，包括无机金属、部分无机物、部分矿物质及2条特殊条款，针对有机材料、物质或混合物等需要管控401条。除材料分类外，对于管控限值远高于方法检出限的化合物，合理采用材料合测（几种材料在同一次检测中完成）的方法也是各检测执行方可以提供的一种降低成本的途径，这一应用在REACH高关注度物质（SVHC）和RoHS检测中很常见［10］。但是对于UNIFE管控，这个方式不能完全效仿。主要原因在于UNIFE对个别化合物的管控限值非常低，例如四溴二苯醚的限值要求是10 mg/kg，已经接近方法检出限，由于检测技术水平的限制，合测难度大，风险高。需要研发更适合的检测方法才能实现合测的目的。

表3 电气柜产品BOM清单及送检测试分析汇总

表4 材料分类及管控数量

2.2.2 无机化合物检测

由于无机化合物结构的特殊性和检测技术瓶颈，目前采用元素检测后再换算的方式进行检测。通常参照US EPA 3052、US EPA 3050B等标准，选用不同的酸溶解样品后，使用ICP-OES、ICP-MS等仪器测试样品中元素的含量。对于一些特殊的无机化合物不能采用单一元素换算方式，以砷酸铅为例，当砷或铅元素有1种未检出的时候，可判断材料中无砷酸铅这一化合物，当两个元素都有检出的时候，需要分别以砷或铅来进行换算，取换算结果最小的数据作为材料中砷酸铅化合物的含量值。类似情况还有纤维类物质，在实施元素检测前，还需要对其纤维特征进行定性鉴别。只有当纤维特征与元素检测都匹配的时候，才能判断此类物质的存在。

2.2.3 有机化合物检测

有机化合物是管控重点，也是检测难点。UNIFE清单中的有机物根据其结构和功能的相似性可分为邻苯类、卤系阻燃剂类、芳香胺类、紫外吸收剂类、ODS类、全氟化合物类、溶剂类等等，由于其性质相差很大，难以用1组条件完成全部测试。因此可以将物质分成几类，针对每一类采用适合的提取和分析方法。有机测试的前处理方法较多，如超声提取、索式提取、加速溶剂萃取等，通常选择简单易行的超声提取方式。在提取溶剂选择方面，正己烷、丙酮、甲苯、甲醇、二氯甲烷是经常使用的溶剂，为了适用于更多类型的材料也可以选择混合溶剂。仪器分析优选采用气相质谱法或液相串联质谱法，提高分离分析的效率；为适应不同类型的化合物可选择顶空气相色谱质谱法或高效液相色谱法。如气相质谱法检测芳香胺、邻苯和多溴联苯等，液相串联质谱法分析全氟化合物、染料类等，顶空气相色谱质谱法分析ODS类和溶剂类化合物。

3 结论

UNIFE管控在于限制、消减、逐步取消有害物质的使用，提高轨道交通车辆产品的环保安全系数。相关单位应当履行责任，认识到有害物质的检测只是环保监管的方式之一，但并不是唯一的方式。由于管控内容繁多，检测费用高昂，检测技术限制等多方面因素，需要结合产品特征制定合理可行的管控措施。面对不断更新的管控要求，建议从以下几个方面准备，持续做好产品绿色质量提升。一是确立绿色环保产品定位，制定长期计划；二是形成程序文件，从研发设计、工艺过程、采购等整个体系进行管控；三是注重源头管控。通过设计和供应链管理，从原材料选择、供应链流转、工艺过程等环节管控有害物质的传递。这样才能更好地规避复杂的UNIFE管控要求带来的欧洲轨道交通车辆产品绿色贸易壁垒，提升产品竞争力。