顺丁橡胶上市预热系列专题（一）：合成橡胶基础知识介绍

中信期货研究|农业专题报告（橡胶） 2023-05-30 顺丁橡胶上市预热系列专题（一）：合成橡胶基础知识介绍 投资咨询业务资格： 证监许可【2012】669号 中信期货商品指数 报告要点 顺丁橡胶作为合成橡胶行业中最重要的品种之一，即将登上期货交易的舞台。本 文为上市预热系列报告之一，梳理了合成橡胶的由来、各类合成橡胶的概况以及与天然橡胶之间的种种关系。对于顺丁橡胶的主要上游——丁二烯，我们将在系 列报告之二中进行详细的梳理与介绍。 240 230 220 210 200 190 180 170 160 150 140130 120 110 100 2022/052022/072022/092022/112023/01 摘要：随着世界经济的快速发展，橡胶的需求量越来越大，对其质量性能的要求也越来 越高。合成橡胶作为橡胶工业中的重要一环，其主要品种已经与我们的日常生活息息相关。而顺丁橡胶也即将代表合成橡胶，作为一个全新的品种登上期货交易的舞台。所以我们的顺丁橡胶上市预热系列专题报告将为投资者们普及顺丁橡胶上下游以及整个合成橡胶产业链的基础知识。作为系列报告之一，本篇报告梳理了合成橡胶的由来、各类合成橡胶的概况以及与天然橡胶之间的种种关系。 合成橡胶泛指经由人工用化学方法合成的橡胶，以此区别于自然界生长的天然橡胶。合成橡胶的生产大部分是从单体开始的，是原油和天然气经过精炼、裂解和下游产品进一步加工产生的。而尽管与天然橡胶有着截然不同的上游，但与天然橡胶一样，约三分之二的合成橡胶产品最终应用于汽车行业的轮胎。而除了汽车行业，合成橡胶在建筑、机电、航天航空、医疗卫生以及生活用品等领域都有着广泛的应用。 我国合成橡胶市场以中石化、中石油、民营企业以及小部分外资企业组成。近年来随着民营大炼化新势力崛起和传统地炼分化的发展，我国民营企业的规模、实力和整体水平都将得到很大提升，在国内合成橡胶行业的市场份额正逐步增加。不过定价主导权仍主要掌握在“两桶油”手中。 尽管合成橡胶发明的初衷是完全替代天然橡胶，然而从实际运用上来说，二者之间的互补作用远大于其替代效应。目前来说，单靠天然橡胶和合成橡胶都不能满足橡胶产品的所有性能要求。因此在轮胎生产方面通常是将两类胶混合使用以实现性能互补。所以合成橡胶每年在轮胎上对天然橡胶的替代量暂无法精准衡量。 在顺丁橡胶上市预热系列专题之二中，我们将对顺丁橡胶的主要上游——丁二烯，进行详细的介绍与梳理，敬请期待。 农业组研究团队 研究员：李兴彪 从业资格号：F3048193投资咨询号：Z0015543 李青 从业资格号：F3056728投资咨询号：Z0014122 刘高超 从业资格号：F3011329投资咨询号：Z0012689 王聪颖 从业资格号：F0254714投资咨询号：Z0002180 吴静雯 从业资格号：F3083970投资咨询号：Z0016293 重要提示：本报告非期货交易咨询业务项下服务，其中的观点和信息仅作参考之用，不构成对任何人的投资建议。中信期货不会因为关注、收到或阅读本报告内容而视相关人员为客户；市场有风险，投资需谨慎。如本报告涉及行业分析或上市公司相关内容，旨在对期货市场及其相关性进行比较论证，列举解释期货品种相关特性及潜在风险，不涉及对其行业或上市公司的相关推荐，不构成对任何主体进行或不进行某项行为的建议或意见，不得将本报告的任何内容据以作为中信期货所作的承诺或声明。在任何情况下，任何主体依据本报告所进行的任何作为或不作为，中信期货不承担任何责任。 目录 摘要：1 一、合成橡胶介绍3 二、合成橡胶发展历史4 三、合成橡胶的结构与生产5 1、结构与特点5 2、生产与加工6 四、合成橡胶供应8 五、合成橡胶需求11 六、合成橡胶贸易情况13 七、合成橡胶能否替代天然橡胶15 免责声明18 图表目录 图 1：合成橡胶产业链................................................................... 3 图 2：主要合成橡胶及其化学结构示意简图................................................. 6 图 3：各种橡胶性能对比表............................................................... 7 图 4：最常见的橡胶配方的组要配方组分及其作用........................................... 8 图 5：合成橡胶加工工艺流程............................................................. 9 图 6：全球合成橡胶产量................................................................ 10 图 7：全球合成与天然橡胶消费能力与宏观经济水平相关.................................... 10 图 8：2021年全球合成橡胶产能占比（按种类）............................................ 10 图 9：2021年全球合成橡胶产量占比（按地区）............................................ 10 图 10：中国合成橡胶产量............................................................... 11 图 11：2021年中国合成橡胶产量占比（按种类）........................................... 11 图 12：我国汽车销量与GDP相关性....................................................... 12 图 13：美国轻型车销量与GDP相关性..................................................... 12 图 14：主要合成橡胶在轮胎中的应用..................................................... 13 图 15：合成橡胶主要应用场景........................................................... 13 图 16：2021年我国合成橡胶进口占比（按胶种）........................................... 15 图 17：2021年我国合成橡胶进口来源国................................................... 15 图 18：我国合成橡胶供需平衡表......................................................... 15 图 19：天然橡胶与主要合成橡胶性能对比................................................. 16 图 20：近两年天然橡胶与主要合成橡价格对比............................................. 17 图 21：从魔鬼三角到对轮胎性能要求的不断增加........................................... 18 一、合成橡胶介绍 合成橡胶泛指经由人工用化学方法合成的橡胶，以此区别于自然界生长的天然橡胶。合成橡胶的种类丰富，除了橡胶制品的主要性能要求包括弹性、硬度、拉伸强度、和压缩永久变形外，还有一些特定的性能要求，例如耐磨、耐曲挠龟裂、透气性、密闭性、耐化学品性、耐臭氧性、耐热耐寒性等。没有任何一种橡胶聚合物具备所有的性能要求，这也解释了为什么合成橡胶有如此多的种类和牌号。 合成橡胶的生产大部分是从单体开始的，是原油和天然气经过精炼、裂解和下游产品进一步加工产生的。典型的单体包括用于顺丁橡胶（BR）和丁苯橡胶（SBR）的1,3-丁二烯和苯乙烯；用于异戊二烯橡胶（IR）和丁基橡胶（IIR）的异戊二烯和异丁烯。1,3-丁二烯可以用来加工成氯丁二烯后生产氯丁橡胶 （CR），也可以与丙烯腈一起加工成丁腈橡胶（NBR）；乙烯和丙烯可以生产三元乙丙橡胶（EPDM），乙烯还可以与醋酸乙烯酯形成乙烯-醋酸乙烯酯橡胶（EVM）。 图1:合成橡胶产业链 数据来源：公开资料，中信期货研究所 橡胶工业主要服务于汽车行业。尽管与天然橡胶有着截然不同的上游，但与天然橡胶（NR）一样，约三分之二的合成橡胶产品最终应用于轮胎。在合成橡胶的非轮胎应用中，有很大一部分也服务于汽车行业，如密封条、雨刷等。而除了汽车行业，合成橡胶在建筑、机电、航天航空、医疗卫生以及生活用品等领域都有着广泛的应用。 二、合成橡胶发展历史 在19世纪，天然橡胶（NR）已经被发现并且早已成为一种重要的工业原料。经过化学分析，NR主要是由碳和氢元素组成，其分子式相当于C5H8。1879年，同分子式的异戊二烯被通过对天然橡胶干馏得到，而后转化为橡胶状固体，这是合成橡胶首次通过聚合反应被制备出来。1909年，德国拜耳公司的霍夫曼发明了世界上第一种可用的名为聚二甲基丁二烯的合成橡胶（SR）。同时，化学家们发现金属钠可以大大加快聚合过程，这也为当今大规模工业化生产合成橡胶奠定了基础。 天然橡胶是一种典型的资源约束型产业，其产出量会受到自然条件的制约，而随着人类社会进入工业时代，人们对天然橡胶的需求便远远超过了其供应导致其价格暴涨，于是合成橡胶应运而生。同时，由于橡胶是一种战略性物资，两次世界大战成为了合成橡胶工业发展的最大的促进剂。一战爆发后，德国天然橡胶的供应被切断。德国的化工企业开始加速在实验室探索聚异戊二烯的合成，并随后在工厂中进行规模化生产。至一战结束时，德国的甲基橡胶生产能力已达到150吨/月，不过因为其硫化性能差，加工成本过高，伴随着一战结束后天然橡胶价格的暴跌，合成橡胶在价格方面缺少了竞争力，德国与整个欧洲基本停止了对合成橡胶的继续研究长达十余年。第二次世界大战爆发后，日本对东南亚的占领使得美国难以获得天然橡胶。于是出于对橡胶工业制品紧迫的替代需求，这一阶段美国政府开始主导合成橡胶工业的发展。E-SBR（乳聚丁苯橡胶）作为目前世界上用量最大的合成橡胶之一正是在这一时期被真正的工业化生产出来。 第二次世界大战之后，合成橡胶的发展经历了第二次高潮，立构规整的高顺势-1,4-IR（异戊二烯橡胶）和顺式-1,4-BR（顺丁橡胶）在美国逐渐实现商业化。随后S-SBR（溶聚丁苯橡胶）也开始商业化，当时科学家们采用了新的引发剂体系，可以生产出具有不同丁二烯微观结构的嵌段共聚物和无定型共聚物。这些发展在很大程度上得益于用于1,3-丁二烯和异戊二烯聚合的丁基锂催化剂。这种催化剂被不断地改进，并且逐渐出现了不同的替代品：菲利普斯石油公司开发的钛系催化剂、古德里奇公司开发的钴系催化剂以及普利司通轮胎公司开发的镍系催化剂。到20世纪60年代初，北美、欧洲和日本已建成许多顺丁橡胶工厂。这种橡胶可以并用在轮胎混炼胶中以改善轮胎的耐磨耗、耐低温和耐老化性能。 1962年，壳牌公司开发出ABA三嵌段共聚物，即采用1,3-丁二烯或异戊二烯于苯乙烯聚合得到SBS或SIS，这也是最早商业化的热性弹性体（TPE）。这些三嵌段共聚物以聚苯乙烯嵌段为末端，中间是聚丁二烯或聚异戊二烯的嵌段。这种三嵌段共聚物具有弹性，在室温下具有类似于硫化橡胶的性能，但当温度超过聚苯乙烯软化温度时，可以像塑料一样进行熔融加工。至此， 目前工业中所用到的合成橡胶大部分类型均已经面世，行业开始在现有产品线上快速扩张产量。 三、合成橡胶的结构与生产 1、结构与特点 橡