RoHS指令, 全称为《关于限制在电子电器设备中使用某些有害成分的指令》 (The Restriction of the Use of Certain Hazardous Substances in E-lectrical and Electronic Equipment) , 是欧盟议会和欧盟理事会于2003年1月27日通过 (2002/95/EC指令) , 并于2006年7月1日开始正式实施的一项强制性指令标准。该标准的目的在于消除电器电子产品中铅、汞、镉、六价铬、多溴联苯和多溴二苯醚6种物质对人体的伤害和环境的污染。2011年7月1日, 欧盟议会和欧盟理事会发布了新版的RoHS指令 (2011/65/EU) , 完成了“欧盟RoHS 1.0”向“欧盟RoHS 2.0”的过渡。我国政府一直密切关注和积极应对, 并先后于2006年2月28日和2016年1月21日发布了《电子信息产品污染控制管理办法》[1]和《电器电子产品有害物质限制使用管理办法》[2], 完成了“中国RoHS 1.0”向“中国RoHS2.0”的过渡。
2018年3月15日, 中华人民共和国工业和信息化部第15号公告发布了第一批《电器电子产品有害物质限制使用达标管理目录》 (简称“达标目录”) [3]和《达标管理目录限用物质应用例外清单》 (简称“例外清单”) [4], 与欧盟RoHS 2.0 (2011/65/EU) 绿色环保法规要求[5]正式接轨。新发布的《达标目录》中共列出了12类产品, 其中1类是空气调节器, 包括“房间空气调节器”和额定制冷量不大于14kW的“单元式空气调节机” (统称“空调”) , 因此大部分都是家用式空调。而空调作为与人们日常生活密切相关的电器产品, 使用量很大, 如何对空调类产品进行RoHS管控, 减少和消除产品中有害物质, 对人们的健康和环境十分重要。本文介绍了家用空调产品中RoHS检测的通常流程, 分析了检测过程中的测试方法, 为空调类产品RoHS管控提供了示范。
1 样品的拆分
空调产品种类很多, 一般的家用空调又分为室内机和室外机, 根据GB/Z20288—2006《电子电气产品中有害物质检测样品拆分通用要求》[6]中给出的拆分原则, 在测试前需要将整机样品彻底拆分, 以获得均质材料, 从而保证测试结果的准确性和全面性。下面以常见的家用壁挂机为例, 介绍空调整机的拆分过程。
具有能单独实现某些功能的整机类电子电气产品, 首先将其拆分为模块、部件等, 再拆分为单独的元器件, 最后进一步拆分为均质材料的检测单元。如图1所示, 壁挂机室内机首先可拆分为外壳、内部组件和遥控器3个大模块, 外壳根据材质的不同又可拆分为塑料外壳和网筛。同理, 内部部件可进一步拆分为电机、电加热、换热器、控制板等元器件, 遥控器也可拆分为外壳、PCB板和电池等几个单元。
同理, 按照从外到内、由大到小、先易后难、分类整理的原则, 先将室外机拆分为外壳和内部组件, 外壳又分为塑料外壳和金属外壳, 内部组件可拆分为压缩机、翅片换热器、四通阀、电路控制板、内部导线、端子排、制冷管路等 (图2) 。
图1 室内机拆分图解
图2 室外机拆分图解
然而对于最终的测试, 还需进行进一步的拆分。同一生产厂生产的相同功能、相同规格 (参数) 的多个规格、部件或元器件可以归为一类, 使用相同的材料 (包括基材和添加剂) 生产的不同部件可视为一个检测单元。颜色不同的材料应拆分为不同的检测单元。直到最后拆分为均质材料或难以再拆分时 (质量≤10 mg或体积≤1.2 mm3) , 才可上机测试。如压缩机又包括外壳、绕组、内置热保护器、轴承、吸气阀、排气阀、接线端子等部件;电机又包括转子、定子、绕组、引线、轴承、风扇、紧固螺钉、保护器等部件;电路控制板则包括电容器、继电器、开关变压器、管状熔断体、接插件、芯片等 (表1) 。
表1 控制板拆分清单 下载原表
2 初筛测试
空调整机样品经过拆分处理, 得到均质材料的检测单元后, 即可通过X射线荧光光谱仪 (简称“XRF”) 进行快速筛选测试。
XRF是一种高灵敏度、高精度测定材料中有害物质元素的仪器, 其原理是利用X射线管发出X射线照射样品, 样品中所含的原子则向外发射原子特有的X射线, 各元素具有特定的波长。因此, 通过检测X射线的波长就能够进行定性分析。这种快速筛选的测试方法, 成本低、操作简单, 极大缩短整机样品的检测周期。但是由于XRF不能获得样品中元素的价态和分子信息, 所以, 对于六价铬、多溴联苯和多溴二苯醚只能检测其总铬和总溴的含量, 且对于有些带镀层的样品或者合金材料, 当检测出目标元素超标时, 需要进一步的化学试验确认具体含量, 才能做最终的判定。
3 化学分析
化学分析是一种定量测试手段, 也是RoHS检测中最重要的测试环节, 当遇到初筛测试不合格或者有疑问的样品, 都可以通过化学方法测试, 得到样品中目标元素的准确含量。因此, 对测试人员、仪器设备和实验室环境需要有一定要求, 测试过程中检验员的规范操作、仪器设备的状态完好、测试环境的无干扰, 将直接影响结果的精准性。
3.1 材料预处理
在进行化学分析前, 首先需要将材料中所含的目标元素提取出来, 再经过精密仪器测试, 检验方法依据GB/T26125—2011《电子电气产品六种限用物质 (铅、汞、镉、六价铬、多溴联苯和多溴二苯醚) 的测定》[7]。目标元素提取即为样品预处理, 要对样品进行适当处理, 尽量得到较小的颗粒或粉末状样品 (如使用研磨仪研磨或粉碎机粉碎) , 以便化学试剂能够充分与样品混合, 并提取其中的目标元素, 然后需要使用微波消解仪消解样品, 索氏提取器提取元素, 旋转蒸发仪浓缩样品。实验过程要在通风橱中进行, 避免化学药品挥发到环境中, 检测人员要配戴防护用具, 如护目镜、防毒面具、口罩、手套等。
3.2 上机测试
预处理得到的样品溶液经过稀释定容后, 就可以直接上机测试, 使用紫外-可见光分光光度计 (UV-Vis) 检测六价铬, 气相色谱-质谱联用仪 (GC-MS) 检测多溴联苯和多溴二苯醚, 电感耦合等离子体发射光谱仪 (ICP-OES) 检测铅、汞、镉。
仪器设备可进行定期检定或校准, 以保证其量值的溯源性, 并加以必要的维护和保养, 以保证设备的有效性和可靠性。为了解仪器设备及其软件状态, 维护仪器设备在两次校准期间校准状态的可信度, 可对仪器设备进行期间核查, 并将期间核查情况记录、归档。期间核查中若发现设备有问题, 应停用报修。对运行有问题的设备所涉及检测结果有效性有影响时, 应对检测项目进行重新检测。
4 测试结果分析
目前我国空调产品限制使用的有害物质有六种:铅、汞、镉、六价铬、多溴联苯、多溴二苯醚, 根据GB/T26572—2011《电子电气产品中限用物质的限量要求》[8], 镉的限量不超过0.01% (质量分数) , 其他五种的限量分别不应超过0.1% (质量分数) (见表2) 。
表2 空调产品中限用物质的限量要求 下载原表
由于技术或经济等原因暂时无法实现替代或减量化的情况时, 某些部件或产品可以豁免, 放宽其有毒有害物质的限值, 具体豁免清单和限量要求可见于中华人民共和国工业和信息化部发布的《例外清单》。
5 结束语
目前, 我国RoHS 2.0采用的是合格评定方式, 但在欧盟却是一种强制性认证, 欧盟对所有销售欧洲产品强制执行使用CE标志, 才能进入欧盟市场。
我国市场上的空调产品种类繁多, 产品部件也很复杂, 使用材料众多, 批次更换频繁。因此, 为国内空调产品的RoHS管控增添很多难度。为了满足相关的国家标准和行业标准, 也为了更好地出口国外, 空调企业在生产产品时要注意加强RoHS管控, 可参考GB/T31274—2014《电子电气产品限用物质管理体系要求》[9], 建立企业内部的限用物质管理体系, 对空调各个部件进行检测, 并按照SJ/T11364—2014《电子电气产品有害物质限制使用标识要求》[10], 对有害物质含量进行声明。这有助于加快我国追赶欧盟RoHS2.0的发展步伐, 让更多的国内企业水平符合欧盟的要求, 同时减少对环境的污染, 实现全球的可持续发展。
