Gewährleistung der Sicherheit in der Lieferkette: Die entscheidende Rolle von RoHS-Konformitätsprüfgeräten

Abstract
Mit der kontinuierlichen Ausweitung des Kontrollumfangs der EU-Richtlinie RoHS 2.0 sehen sich exportorientierte Elektro- und Elektronikunternehmen mit strengeren Anforderungen an die Kontrolle gefährlicher Stoffe konfrontiert. Die Prüfung von Lieferkettenmaterialien auf gefährliche Stoffe ist zu einem zentralen Bestandteil der Produktkonformität geworden. RoHS-Konformitätsprüfgeräte können verschiedene, durch die RoHS-Richtlinie regulierte Stoffe nachweisen und Unternehmen so helfen, toxische und gefährliche Substanzen in Rohstoffen, Komponenten und Fertigprodukten zu identifizieren und Handelsrisiken wie Exportbenachrichtigungen und Produktrückrufe zu vermeiden. Dieser Artikel befasst sich mit LISUN EDX‐4 RoHS 2.0-Prüfgeräte Als Forschungsobjekt dient die Verwendung von RoHS-Konformitätsprüfgeräten. In Verbindung mit dem regulatorischen Hintergrund der überarbeiteten EU-Richtlinie (EU) 2015/863 RoHS 2.0 wird der Anwendungswert dieser Geräte für die Qualitätskontrolle in elektrotechnischen Lieferketten aufgezeigt. Zudem werden das technische Konzept, die Systemzusammensetzung, die analytischen Leistungsindikatoren und praktische Anwendungsszenarien der Geräte vorgestellt, um inländischen Elektro- und Elektronikherstellern eine Referenz für die Umsetzung des RoHS-Konformitätsmanagements zu bieten.

Einführung

Am 4. Juni 2015 veröffentlichte das Amtsblatt der Europäischen Union (ABl.) die überarbeitete RoHS-2.0-Richtlinie (EU) 2015/863. ​​Zusätzlich zu den ursprünglich sechs in der RoHS-Richtlinie festgelegten beschränkten Stoffen – Blei, Cadmium, Quecksilber, sechswertiges Chrom, polybromierte Biphenyle und polybromierte Diphenylether – wurden vier Phthalate in die Liste der beschränkten Stoffe der RoHS-2.0-Richtlinie aufgenommen. Die verbindliche Anwendung der neuen Richtlinie begann am 22. Juli 2019. Die sechs traditionellen Schwermetalle und bromierten Flammschutzmittel können nun schnell durch Schnelltests identifiziert werden. LISUN EDX-2A RoHS-Tester. Die vier neu hinzugefügten Phthalate DEHP, BBP, DBP und DIBP sind jedoch organische Weichmacher, die häufig in PVC-Kabeln, Kunststoffgehäusen, Gummi, Klebstoffen, Druckfarben und anderen elektrotechnischen Bauteilen verwendet werden. Herkömmliche Röntgenfluoreszenzgeräte können organische Phthalate nicht effektiv nachweisen. Unternehmen müssen daher spezielle RoHS-Konformitätsprüfgeräte für das Phthalat-Screening einsetzen, um alle zehn Stoffe der RoHS 2.0-Richtlinie vollständig zu erfassen.

Die vier Phthalate weisen endokrinschädliche und reproduktionstoxische Eigenschaften auf. Gemäß EU-Vorschriften beträgt der Grenzwert für jedes Phthalat in homogenen Materialien 0.1 %. Phthalatweichmacher können bei der Rohmaterialmodifizierung in Kunststoff- und Gummikomponenten zahlreicher elektrotechnischer Produkte eingebracht werden. Eine unzureichende Wareneingangskontrolle in der Lieferkette kann zu einer Überschreitung der Phthalatgrenzwerte in den Endprodukten führen, selbst wenn in der Montagephase keine relevanten Substanzen hinzugefügt werden. Herkömmliche chemische Extraktionsverfahren erfordern eine aufwendige Probenvorbereitung, verbrauchen große Mengen an chemischen Reagenzien und erzeugen flüssige und gasförmige Abfallstoffe. Dies stellt hohe Anforderungen an die Laborumgebung und das Fachwissen der Anwender und erfüllt kaum die Anforderungen an ein schnelles Screening großer Mengen von Wareneingangsmaterialien innerhalb von Fabriken. Die von RoHS Compliance Testing Equipment angebotene Schnellscreening-Lösung behebt die Nachteile traditioneller chemischer Nachweismethoden und spielt eine wichtige Rolle bei der Wareneingangskontrolle und der Prüfung von Fertigprodukten ab Werk.

Systemarchitektur und Kernleistung des RoHS-Konformitätsprüfgeräts EDX-4

LISUN Das EDX-4 RoHS 2.0-Testgerät nutzt die Pyrolyse-Desorptions-Technik in Kombination mit Gaschromatographie-FID-Detektion und wurde speziell für das schnelle Screening der vier in RoHS 2.0 neu hinzugefügten Phthalate entwickelt. Das System besteht im Wesentlichen aus einem Pyrolyse-Desorber, einem Gaschromatographen, einer speziellen Chromatographiesäule, einer Chromatographie-Workstation, einer elektronischen Waage, Phthalat-Referenzstandards, verschiedenen Verbrauchsmaterialien und einer Gaserzeugungsanlage. Das Gerät ermöglicht die direkte Injektion von Feststoffproben ohne Vorbehandlungsschritte wie Ultraschallextraktion oder Einweichen in chemischen Reagenzien. Die Analyse einer einzelnen Probe dauert etwa 20 Minuten. Es eignet sich für lösliche, schwerlösliche und unlösliche Polymermaterialien. Im Vergleich zu herkömmlichen chemischen Methoden, die nur für etwa 70 % der Proben anwendbar sind, deckt dieses Gerät 100 % der Proben ab. Während des Betriebs entstehen keine Abgase oder Abfallflüssigkeiten, und aufwendige EIA-Verfahren sind nicht erforderlich. Das Gerät kann in einem normalen Laborraum mit Klimaanlage, Stromversorgung und Stickstoffversorgung eingesetzt werden. Die mit dem Gerät ermittelten Peak-Höhen und Peak-Flächen aus Tests mit fünf DIBP-Standardproben unterschiedlicher Konzentration sind in der folgenden Tabelle dargestellt.

Der Pyrolyse-Desorber dient als zentrale Probenaufbereitungseinheit. Die Temperatur im Pyrolyserohr reicht von Umgebungstemperatur bis zu 450 °C, mit einer Aufheizrate von über 500 °C pro Minute. Pyrolysedauer, Spülzeit und Spülgasflussrate sind frei konfigurierbar und ermöglichen die thermische Desorption und Verflüchtigung der vier Phthalate in den Feststoffproben für die anschließende Gaschromatographie. Der Gaschromatograph ist mit einem FID-Flammenionisationsdetektor (FID) mit einer Nachweisgrenze von Mt ≤ 5 × 10⁻¹² g/s ausgestattet. Er verfügt über einen Gasabschaltschutz, eine elektronische Basislinienkompensation und eine Selbstdiagnosefunktion und arbeitet mit einer importierten, speziell entwickelten Chromatographiesäule zusammen, um eine effektive Trennung der vier Phthalatkomponenten zu gewährleisten. Experimentelle Überprüfungen zeigen, dass dieses RoHS-Konformitätsprüfgerät eine Nachweisgrenze von 25 ppm erreicht, berechnet anhand des dreifachen Signal-Rausch-Verhältnisses. Damit übertrifft es die herkömmliche Nachweisgrenze von 50 ppm der PY-GC-MS. Der lineare Korrelationskoeffizient liegt über 0.998, und die relative Standardabweichung (RSD) des Präzisionstests beträgt 5.24 %. Somit erfüllt das Gerät die Leistungsanforderungen für das schnelle interne Materialscreening. Die Bedienung ist einfach: Feste Proben müssen lediglich zerkleinert, in Quarzröhrchen gegeben, mit Quarzfaserwolle fixiert und in die Heizkammer eingesetzt werden. Die Chromatographie-Workstation generiert mit nur einem Klick vollständige Testberichte und reduziert so den Arbeitsaufwand für den Bediener.

Anwendungsszenarien für RoHS-Konformitätsprüfgeräte gemäß den RoHS 2.0-Richtlinien

Im Rahmen der Qualitätssicherung in der Lieferkette kann die RoHS-Konformitätsprüftechnik an mehreren kritischen Qualitätspunkten eingesetzt werden. Erstens bei der Wareneingangskontrolle: Bei der Anlieferung von Rohstoffen wie Kunststoffgranulat, Gummigranulat, Kabeln, Klebstoffen und Verpackungsmaterialien von Elektro- und Elektronikunternehmen in den Lagern wird die Prüftechnik für ein schnelles Phthalat-Screening verwendet. So können nicht-konforme Materialien direkt an der Quelle identifiziert und ungeeignete Rohstoffe vom Produktionsweg ferngehalten werden, um wirtschaftliche Verluste durch die spätere Ausschussproduktion zu vermeiden. Zweitens in der Produktentwicklung: Forscher bewerten Schadstoffe in neuen Materialien und Komponenten, prüfen konforme Rohstoffe und optimieren die Materialauswahl, um die Anforderungen der RoHS 2.0-Richtlinie bereits in der Designphase zu erfüllen. Drittens: Endproduktprüfung ab Werk: Stichprobenartige Prüfungen von Endprodukten wie Kopfhörergehäusen, Kunststoffteilen von Ladegeräten und Polymerrückseiten von Mobiltelefonen werden durchgeführt, um zu bestätigen, ob der Phthalatgehalt der Fertigprodukte den EU-Grenzwerten entspricht. Viertens: Risikobewertung der Lieferkette: Bei Lieferantenwechseln oder Änderungen der Materialrezepturen werden Vergleichstests mit RoHS-Konformitätsprüfgeräten durchgeführt, um Risiken einer Überschreitung der Grenzwerte für gefährliche Stoffe durch Rezepturänderungen zu identifizieren. Neben der Elektro- und Elektronikindustrie ist dieses Prüfverfahren auch in der Spielzeug-, Medizinprodukte- und Verpackungsindustrie anwendbar, die der Phthalatkontrolle unterliegen.

Anhand praktischer Anwendungsfälle im Ingenieurwesen zeigt sich, dass das EDX-4 RoHS 2.0-Prüfgerät Direkteinspritztests von Feststoffproben durchführen kann. Anwendungsbeispiele sind das Screening von PVC-Rohmaterialien für Kopfhörerhersteller, die Prüfung von PVC-Pulver für nach Europa exportierte Ladegeräte und die Prüfung von Polymermaterialien für Rückseiten von Mobiltelefonen. Das Gerät liefert schnelle Ergebnisse ohne aufwendige Vorbehandlung. Es ist zu beachten, dass dieses Gerät als internes Schnelltestverfahren konzipiert ist. Bei Testergebnissen, die sich den Grenzwerten nähern, sind zur weiteren Bestätigung und zur Gewährleistung der rechtlichen Gültigkeit der Exportproduktberichte standardisierte chemische Extraktionsverfahren anzuwenden.

EDX-4 ROHS 2.0-Testausrüstung

Hinweise zur Umsetzung der RoHS-Konformität

Bei der Implementierung interner RoHS-Managementsysteme mit RoHS-Konformitätsprüfgeräten reichen die Instrumente allein nicht aus; es müssen umfassende Kontrollprozesse etabliert werden. Zunächst ist zwischen verschiedenen Prüfobjekten zu unterscheiden: Die sechs anorganischen RoHS-Substanzen können mit dem Röntgenfluoreszenz-Prüfgerät EDX-2A analysiert werden, während für die vier organischen Phthalate Pyrolyse-Gaschromatographie-basierte Geräte wie das EDX-4 erforderlich sind. Nur durch die Kombination beider Gerätegruppen lassen sich alle zehn unter RoHS 2.0 beschränkten Substanzen vollständig abdecken. Zweitens beeinflusst die Probenvorbereitung die Testergebnisse direkt. Die Probenahme von Feststoffen muss repräsentativ für die Materialien sein; eine Probenahme, die nur einen Teil des Materials enthält und die Testergebnisse verfälscht, ist zu vermeiden. Die Geräte müssen regelmäßig mit Referenzstandards überprüft und kalibriert werden, um wichtige Leistungsindikatoren wie Nachweisgrenze, Linearität und Wiederholbarkeit innerhalb der zulässigen Bereiche zu halten. Unternehmen sollten einen dreistufigen Testmechanismus einrichten, der Materialien, Komponenten und Fertigprodukte umfasst, und die RoHS-Kontrolle in den gesamten Lieferketten-Workflow einbetten, anstatt sich lediglich auf die Endproduktprüfung zu verlassen.

Fazit

Nach der Umsetzung der überarbeiteten EU-Richtlinie (EU) 2015/863 wurde RoHS 2.0 von sechs auf zehn beschränkte Stoffe erweitert, und der Nachweis organischer Phthalate ist zu einem entscheidenden Faktor für die Exportkonformität von Elektro- und Elektronikprodukten geworden. Lange Testzyklen von Drittlaboren können den Bedarf der Hersteller an schnellen Materialprüfungen in großem Umfang kaum decken. RoHS-Konformitätsprüfgeräte bieten Herstellern die Möglichkeit zur schnellen, internen Analyse. LISUN EDX‐4 RoHS 2.0-Prüfgeräte Das Verfahren nutzt die Pyrolyse-Desorptions-Gaschromatographie, benötigt keine aufwendige chemische Vorbehandlung, deckt ein breites Probenspektrum ab und erfüllt mit seinen Nachweisgrenzen und Wiederholbarkeitsindikatoren die Anforderungen an das Screening von Unternehmen. Es unterstützt Unternehmen dabei, Risiken durch Phthalatüberschreitungen frühzeitig zu erkennen und ihre Qualitätskontrollsysteme entlang der Lieferkette zu verbessern. Inländische Hersteller von Elektro- und Elektronikprodukten müssen den durch die RoHS-2.0-Richtlinien entstehenden Konformitätsdruck ernst nehmen, RoHS-Konformitätsprüfgeräte sachgemäß einsetzen, umfassende Kapazitäten für das Gefahrstoffmanagement entlang der gesamten Lieferkette aufbauen – von der Wareneingangskontrolle über Forschung und Entwicklung bis hin zur Verifizierung von Fertigprodukten –, Handelsrisiken wie Produkt-Exportmeldungen und Rückrufe minimieren und stabile und sichere Lieferketten gewährleisten.