机车车辆电子电气产品的有害物质管理标准研究
李强辉，刘中平，张 明
（株洲中车时代电气股份有限公司，湖南 株洲 412001）
新版TB/T 3139-2021《机车车辆非金属材料及室内空气有害物质限量》标准为国内轨道交通行业的有害物质管控指明了方向。该标准为TB/T 3139-2006的修订标准，适用于机车、客车、动车组车内用非金属材料和司机室、客室等室内空气的有害物质限量，机车、客车、动车组用非金属材料禁用限用物质限量。新版标准主要包括三个部分的内容：车内用非金属材料有害物质限量及试验方法，机车车辆用非金属材料禁用物质、限用物质的要求及试验方法和机车车辆室内空气中有害物质限量、检测方法及检验规则，其中“机车车辆用非金属材料禁用物质、限用物质的要求及试验方法”为2021版新增部分。为了应对此标准的要求，机车车辆及零部件企业需研究对应的管控方案并逐步建立相关产品和零部件有害物质管控的质量管理体系。当前阶段供应链众多企业采取委托第三方测试机构检测分析产品和零部件中的有害物质的措施以确保企业生产的产品满足标准要求，但不少企业认为有害物质管控仅限于提交一份合格的第三方检测报告，并未对来料检验、仓库管理、生产管理等生产制造过程采取管控措施，使得最终成品存在过程污染的风险增大。
国际电工委员会制定的QC080000标准对产品中的有害物质管理提出了过程管控的要求。QC080000标准涉及的有害物质主要基于RoHS指令管控的物质。RoHS指令主要限制电子电气产品中的铅、汞、镉、六价铬、多溴联苯、多溴二苯醚和邻苯二甲酸二丁酯、邻苯二甲酸丁基苄基酯、邻苯二甲酸（2-乙基）己酯、邻苯二甲酸二异丁酯共10种（类）化学物质。QC080000有害物质过程管理体系在ISO9001质量管理体系要求的基础上建立了一套针对有害物质的特殊过程管控方法，包括组织内部识别有害物质管理的范围、识别满足无害化目标有关的过程、制定过程管理计划、建立判定标准、监视、测量和分析过程等。文章针对机车车辆电子电气设备如牵引系统、辅助供电系统和网络控制系统等系统部件的有害物质管控，结合QC080000过程管控要求和有害物质的风险识别，提出针对TB/T 3139-2021标准的合理和效率更高的管控方法。
TB/T 3139-2021标准对不同的有害物质的管控范围作出了明确要求，可根据产品类别区分是否需要采取管控措施。标准中第4部分仅针对车内非金属材料的有害物质管控，因此，车体外的零部件，比如一般情况下安装于车外的牵引系统，无需针对该部分采取管控措施。车内的零部件，需要针对部分项目进行管控，比如网络控制系统，涉及到柜体油漆需要按照标准中第4.5项的要求测试VOC、苯、甲苯、二甲苯（含乙苯）、卤代烃、二异氰酸酯等项目的测试，电缆需要按照第4.6项橡塑制品测试可溶性铅、可溶性镉和VOC等。
标准第5部分内容适用于车内和车外所有非金属材料，包含石棉、氯氟碳等32项禁用物质和铅、汞等26项限用物质，标准也对禁用物质和限用物质的适用范围做了原则性的规定。但是，生产企业运营过程需要操作性更强的指导，以便于按照要求进行更有针对性的管控，节省人力、试验资源和相关的测试费用，因此，有必要对物料中可能含有的有害物质进行识别。通常，电子电气产品用到的非金属材料如塑料、橡胶、油漆等的有害物质主要是由添加的增塑剂、阻燃剂、填料、润滑剂、防老化剂等助剂引入。针对机车车辆电子电气产品使用的材料，根据梳理大量材料检测结果及经验分析，整理出电子电气产品常见的有害物质可能存在的材料或位置表（见表1），可用于帮助识别各个零部件中有害物质的风险。其中石棉主要用于保温隔热材料，早期的车体隔热材料就有部分采用石棉，部分高温多芯电缆也可能存在使用石棉、人造矿物纤维等填充材料，设计选型需要特别注意。橡胶、塑料、油漆等高分子材料存在有害物质的风险较高，比如多溴联苯、多溴二苯醚、卤素、锑化合物、磷酸三苯酯等多作为橡塑材料的阻燃剂，二苯基甲烷二异氰酸酯主要存在于聚氨酯类橡胶、油漆、胶粘剂中，人造矿物纤维、滑石等矿物质主要用于橡塑材料用于增加强度和降低成本的填充料。
表1 电子电气产品常见有害物质可能存在的材料或零部件
QC080000有害物质过程管理体系的要求虽然针对RoHS指令等法规相关的有毒有害物质进行管控，但是其过程管控方法适用于其他有害物质管理。借鉴QC080000的过程管理方法，结合TB/T 3139-2021对有害物质的限定要求，机车车辆电子电气产品在研发设计、材料采购、生产和仓储等过程对有害物质管理应当注意以下事项。
3.1 研发设计
产品研发设计阶段应当识别有害物质并在项目策划阶段以文件形式体现。设计策划阶段应当从材料选型、工艺、设备等因素综合考虑是否含有或有可能引入有害物质。比如选型时不能选用含石棉的隔热或绝缘材料，电缆不能使用聚氯乙烯原材料作绝缘或护套层，需选用无卤材料比如聚烯烃等作绝缘或护套材料，另外高温多芯电缆要注意填充材料是否有用石棉、人造矿物纤维等填充料，线槽、套管等辅材不能选用聚氯乙烯材质，PCB需要选用无卤和无铅PCB等。工艺过程设计需要注意能区分环保和不环保物料，最好有类似防呆设计的措施以保证不发生混料或用错物料的风险。生产设备需要注意环保和不环保设备等混用带来的风险，最好能做到环保和不环保设备分开、生产车间分开，避免设备交叉使用。对于功能或可靠性要求必须使用含有害物质的材料或工艺，应当制定控制和最终取代或消除这些有害物质的措施和计划，并报客户批准。
3.2 材料采购和供应商管理
原材料中的有害物质，除挥发性化合物如甲醛、VOC、苯、甲苯、二甲苯外，一般会以不变的含量流入后续的各个工序，存留于各个零部件中，因此，材料采购环节是有害物质管控的重要环节，对于生产过程只有组装工序的公司来说，这是有害物质管控的主要环节。物料的有害物质检验和供应商的有害物质管理两者必须相互结合。要加强对供应商有害物质管理的宣贯，特别是国内的中小型定制件供应商，可结合表1对某些重点物料做特殊管理，比如要求供应商的原材料不能含有多溴联苯、多溴二苯醚、氯化石蜡、三氧化二锑、磷酸三苯酯等阻燃剂，橡塑制品原材料不能使用含人造矿物纤维和滑石的原材料，聚氨酯油漆、胶粘剂等需要控制好异氰酸酯的含量。针对材料的有害物质检测和评估，可先对所有材料进行全面的有害物质检测和评估，再参照表1进行重点原材料或物料的常规检验。实际操作过程中，全面的摸底一般需要送第三方机构进行检测分析，对于检测合格的物料，后续过程管控可以采用抽检或评估的方式。抽检可以委托第三方检测机构进行测试，也可以购买简易检测设备进行筛查，有害物质评估可通过对二级供应商甚至三级供应商的原材料评估进而确认是否含有相关的有害物质。借助已有的有害物质检测数据，例如长期对同一原材料或物料进行多次检测的数据，统计和分析其中的有害物质情况，对出现的有害物质特别是频次较高的有害物质作重点管控并制定改善方案和计划。通过分析积累的有害物质来料检验数据，可以形成相关的管控经验，逐步减少检验的频次和需检验的物料种类，做到更加精准的管控。
需注意的是，再利用或再生原材料的使用会增加引入有害物质的风险，此类原材料可能来源于历史上未作有害物质管控阶段生产的产品的回收利用，材料回收利用节约了资源，减少了废弃物对环境的污染，但需要注意其中的某些有害物质很有可能超标，因此，需要对其进行充分评估和确认，并采用有效的办法降低有害物质的含量，比如在保证其他性能符合要求的前提下，可用再利用的原材料与环保原材料混合的方式稀释再利用原材料中的有害物质。根据经验，再利用的非金属材料中出现较多的有害物质主要有铅及其化合物、多溴联苯、多溴二苯醚、氯化石蜡、卤素、锑及其化合物、邻苯二甲酸酯类等，这些化合物主要用作塑料、橡胶等材料的阻燃剂、增塑剂等助剂。
除了对采购材料的有害物质进行检测和评估外，加强对供应商的有害物质管理是重要的管控手段。从供应商管理角度看，一定要与供应商签订环保协议，在法律层面上规避后续出现有害物质检测超标却无法追责的风险，从而达到约束供应商的目的。供应商管理不仅需对一级供应商进行管理，根据具体情况还可能追溯到二级甚至三级供应商，需要投入资源加强对供应商的稽查。针对供应商数量较多的情况，可对供应商分级管控，按照风险级别高低分级管理，比如对于全球性大型供方，由于其产品全球销售，需要满足相关的国际标准，而且此类供方具备较高的质量管理水平，风险很低，而对于国内小型供应商，由于其缺乏相应的有害物质检测能力，质量管理水平不高，因而风险较高，需要重点管控。在供应商审核或稽核过程中，根据供应商的研发能力和工艺水平以及质量管理水平，有针对性地对供应商的研发设计、工艺、设备、原材料、生产制程、仓储和包装等各个环节进行查核，确保原材料不含有有害物质、生产过程和仓储不会引入有害物质、包装材料不会对产品造成污染。
3.3 生产
生产工艺中的化学反应、生产过程的交叉污染、生产辅料残留都有可能产生或引入有害物质。当生产工艺存在化学反应时，需要重点对该工艺的风险进行评估，比如电镀需要注意采用环保工艺，避免六价铬等有害物质的引入。当生产线同时存在环保和不环保的生产制程时，需要注意可能产生的交叉污染。生产辅料也可能对产品造成污染，比如组装过程中需要用到酒精、己烷等溶剂擦拭除去表面油污等，如果擦拭所用的布和溶剂不注意使用环保型的产品也会引入污染。生产过程的原辅料、工艺等均为引入有害物质的因素，在产品研发和生产策划阶段需要提前识别。
3.4 仓储
原材料或元器件的存储也可能造成原材料或元器件的污染，比如同时生产环保产品和非环保产品的企业，容易出现环保物料和非环保物料的混料风险。针对此类情况，一般的处理方案是将环保物料和非环保物料区分存储仓库，降低员工的误操作率。另外，还需确认仓库是否存在外来污染，比如环保仓库可能受到来自化学品库的污染或者周边重金属粉尘等污染。
3.5 包装
包装物的污染可能会传递给产品，但包装物对产品的污染容易被忽视。众所周知，包装物废弃后可能对环境会产生污染，一些国家和地区针对包装废弃物的污染、回收利用等制定了相关的法律法规。欧盟包装物和包装废弃物的指令94/62/EC对重金属的要求为铅、镉、汞、六价铬四项总量不超过100 ppm，其比电子电气产品的铅、汞、镉、六价铬要求更高。虽然TB/T 3139-2021标准没有单独对包装物的有害物质限量指标提出要求，但物流环节含有高含量有害物质的包装材料可接触产品表面，通过迁移的方式将有害物质导入产品表面，导致产品含有有害物质。因此，不能忽视包装对产品的污染和包装物本身的危害。
以上针对新版TB/T 3139-2021的过程管控要求和注意事项，企业需要制定相关的流程性规定，并在研发设计、物料检验、生产过程、仓储管理和供应商管理等环节执行流程文件要求，根据积累的经验升级相关的管控要求。
机车车辆行业新版有害物质管理标准TB/T 3139-2021规范并提升了行业的有害物质管控要求，文章提出的针对电子电气产品中有害物质的风险分析，可提升有害物质管理的精准性，节省相关资源的投入。有害物质的过程管理可以进一步提升有害物质管理的系统性，避免有害物质从材料、工艺、设备、辅料等引入，可全面提升企业的有害物质管理水平。
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