|農業專題報告（橡膠）一、合成橡膠介紹合成橡膠泛指經由人工用化學方法合成的橡膠，以此區別于自然界生長的天然橡膠。合成橡膠的種類豐富，除了橡膠制品的主要性能要求包括彈性、硬度、拉伸強度、和壓縮永久變形外，還有一些特定的性能要求，例如耐磨、耐曲撓龜裂、透氣性、密閉性、耐化學品性、耐臭氧性、耐熱耐寒性等。沒有任何一種橡膠聚合物具備所有的性能要求，這也解釋了為什么合成橡膠有如此多的種類和牌號。合成橡膠的生產大部分是從單體開始的，是原油和天然氣經過精煉、裂解和下游產品進一步加工產生的。典型的單體包括用于順丁橡膠（BR）和丁苯橡膠（SBR）的

1,3-丁二烯和苯乙烯；用于異戊二烯橡膠（IR）和丁基橡膠（IIR）的異戊二烯和異丁烯。1,3-丁二烯可以用來加工成氯丁二烯后生產氯丁橡膠（CR），也可以與丙烯腈一起加工成丁腈橡膠（NBR）；乙烯和丙烯可以生產三元乙丙橡膠（EPDM），乙烯還可以與醋酸乙烯酯形成乙烯-醋酸乙烯酯橡膠（EVM）。圖

1:

合成橡膠產業鏈數據來源：公開資料，橡膠工業主要服務于汽車行業。盡管與天然橡膠有著截然不同的上游，但與天然橡膠（NR）一樣，約三分之二的合成橡膠產品最終應用于輪胎。在合成橡膠的非輪胎應用中，有很大一部分也服務于汽車行業，如密封條、雨刷等。而除了汽車行業，合成橡膠在建筑、機電、航天航空、醫療衛生以及生活用品等領域都有著廣泛的應用。3/

18|農業專題報告（橡膠）二、合成橡膠發展歷史在

19

世紀，天然橡膠（NR）已經被發現并且早已成為一種重要的工業原料。經過化學分析，NR

主要是由碳和氫元素組成，其分子式相當于

C5H8。1879

年，同分子式的異戊二烯被通過對天然橡膠干餾得到，而后轉化為橡膠狀固體，這是合成橡膠首次通過聚合反應被制備出來。1909

年，德國拜耳公司的霍夫曼發明了世界上第一種可用的名為聚二甲基丁二烯的合成橡膠（SR）。同時，化學家們發現金屬鈉可以大大加快聚合過程，這也為當今大規模工業化生產合成橡膠奠定了基礎。天然橡膠是一種典型的資源約束型產業，其產出量會受到自然條件的制約，而隨著人類社會進入工業時代，人們對天然橡膠的需求便遠遠超過了其供應導致其價格暴漲，于是合成橡膠應運而生。同時，由于橡膠是一種戰略性物資，兩次世界大戰成為了合成橡膠工業發展的最大的促進劑。一戰爆發后，德國天然橡膠的供應被切斷。德國的化工企業開始加速在實驗室探索聚異戊二烯的合成，并隨后在工廠中進行規模化生產。至一戰結束時，德國的甲基橡膠生產能力已達到

150

噸/月，不過因為其硫化性能差，加工成本過高，伴隨著一戰結束后天然橡膠價格的暴跌，合成橡膠在價格方面缺少了競爭力，德國與整個歐洲基本停止了對合成橡膠的繼續研究長達十余年。第二次世界大戰爆發后，日本對東南亞的占領使得美國難以獲得天然橡膠。于是出于對橡膠工業制品緊迫的替代需求，這一階段美國政府開始主導合成橡膠工業的發展。E-SBR（乳聚丁苯橡膠）作為目前世界上用量最大的合成橡膠之一正是在這一時期被真正的工業化生產出來。第二次世界大戰之后，合成橡膠的發展經歷了第二次高潮，立構規整的高順勢-1,4-IR（異戊二烯橡膠）和順式-1,4-BR（順丁橡膠）在美國逐漸實現商業化。隨后

S-SBR（溶聚丁苯橡膠）也開始商業化，當時科學家們采用了新的引發劑體系，可以生產出具有不同丁二烯微觀結構的嵌段共聚物和無定型共聚物。這些發展在很大程度上得益于用于

1,3-丁二烯和異戊二烯聚合的丁基鋰催化劑。這種催化劑被不斷地改進，并且逐漸出現了不同的替代品：菲利普斯石油公司開發的鈦系催化劑、古德里奇公司開發的鈷系催化劑以及普利司通輪胎公司開發的鎳系催化劑。到

20

世紀

60

年代初，北美、歐洲和日本已建成許多順丁橡膠工廠。這種橡膠可以并用在輪胎混煉膠中以改善輪胎的耐磨耗、耐低溫和耐老化性能。1962

年，殼牌公司開發出

ABA

三嵌段共聚物，即采用

1,3-丁二烯或異戊二烯于苯乙烯聚合得到

SBS

或

SIS，這也是最早商業化的熱性彈性體（TPE）。這些三嵌段共聚物以聚苯乙烯嵌段為末端，中間是聚丁二烯或聚異戊二烯的嵌段。這種三嵌段共聚物具有彈性，在室溫下具有類似于硫化橡膠的性能，但當溫度超過聚苯乙烯軟化溫度時，可以像塑料一樣進行熔融加工。至此，4/

18|農業專題報告（橡膠）目前工業中所用到的合成橡膠大部分類型均已經面世，行業開始在現有產品線上快速擴張產量。三、合成橡膠的結構與生產1、結構與特點橡膠從定義上可以簡單的理解為是一類能從大變形迅速而有力地恢復的材料，在室溫下拉伸至原長的兩倍并保持一分鐘，當撤出外力后，能在一分鐘內回縮到原始長度的

1.5

倍以內。從結構的角度來看，橡膠主要是無定形聚合物，不結晶或者幾乎不結晶，玻璃化轉變溫度遠低于使用溫度，能夠交聯成具有彈性的三維網絡。從化學的角度來看，合成橡膠可分為

R、M

和

Q

三大類。R

類的聚合物主鏈結構中含有

C=C

不飽和雙鍵，例如

SBR、BR

等聚二烯烴類橡膠；M

類的主鏈是飽和的聚亞甲基，C=C

不飽和雙鍵可能會出現在側基上，例如

IIR；Q類則是指主鏈含有硅和氧原子的橡膠，例如硅橡膠。圖2：主要合成橡膠及其化學結構示意簡圖R

類丁苯橡膠（SBR）順丁橡膠（BR）異戊橡膠（IR）丁腈橡膠（NBR）氯丁橡膠（CR）丁基橡膠（IIR）M

類三元乙丙橡膠（EPDM）乙烯-醋酸乙烯酯橡膠（EVM）來源：公開資料，5/

18|農業專題報告（橡膠）合成橡膠可以是由一種單體組成的均聚物（如

BR、CR），或者兩種單體（如SBR、IIR）、三種單體（如

EPDM）、甚至更多單體組成的共聚物。這類共聚物的主要優點是可以通過改變化學結構來調節其物理性能和化學性能，以滿足使用需求。不同種類的合成橡膠具有不同的化學結構，這與聚合物單體的種類及其在聚合物中的排列方式有關。化學結構通常包括聚合物主鏈的化學組成、與主鏈相連得側基的類型和數量、不飽和度等。催化劑種類的不同，包括聚合工藝的不同都會影響到合成橡膠分子鏈的立構規整性和主鏈的化學組成分布。化學結構特點決定了合成橡膠的大多數物理性能，比如玻璃化轉變、結晶、應變誘導結晶、分子鏈柔順性、與填料的相互作用、密度和氣密性。化學結構還決定了合成橡膠的化學反應活性，比如對硫化或者老化的反應活性。上述特性會最終影響到合成橡膠制品的性能，包括硬度、拉伸強度、撕裂強度、動態性能，甚至于對環境的敏感性，包括耐氧化、耐熱耐寒、耐磨耗等。圖3:各種橡膠性能對比表數據來源：公開資料，中信期貨研究所2、生產與加工大多數情況下，合成橡膠原料的單體是通過石油及天然氣的精煉和裂解得到的。將單體轉化為橡膠聚合物后，需要進行特定的處理步驟，即從聚合物反應液中去除水或有機溶劑等反應介質，使聚合物轉換成最終的成品形態（通常是塊狀，也會有薄片或顆粒狀）。而成品形態的合成橡膠很少會直接用于生產橡膠制品，通常是與其他配方組分一起，經過適當的混煉和加工后才能生產出滿足要求的產品。目前可供選擇的橡膠聚合物、增塑劑、填料和各種助劑非常多樣化，橡膠材料的應用范圍非常廣泛。6/

18|農業專題報告（橡膠）圖

4:

最常見的橡膠配方的組要配方組分及其作用橡膠聚合物化學性能、力學性能、熱性能填料（炭黑等）拉伸強度、硬度、動態性能增塑劑混煉膠粘度、硬度、加工性能、低溫柔順性硫化體系（硫磺

）硫化性能、交聯密度、化學穩定性防護體系耐熱、耐氧化、耐臭氧7/

18數據來源：從橡膠聚合物開始，經過混煉膠，最終到硫化橡膠制品，橡膠的加工可以分為三個不同的加工階段。混煉混煉是用煉膠機將生膠或塑煉生膠與配方組分煉成混煉膠的工藝，是生產橡膠制品的第一步。在此階段加入全部或大部分的配方組分，在強剪切作用下配方各組分均勻分布在橡膠基體中。根據不同配方的要求，混煉溫度有時需要達到所需的反應溫度，但大多數情況下混煉溫度不應過高，以避免橡膠聚合物發生降解。預成型（半成品）膠料混煉完畢后，可以根據需要決定是否進行濾膠，然后進行預成型，比如壓延或者擠出預成型。通常情況下，半成品的尺寸與硫化模腔的尺寸大致相同即可滿足要求，但對于大部分連續擠出的硫化橡膠制品來說，其斷面尺寸應當滿足最終硫化橡膠制品對尺寸的要求。硫化硫化又稱交聯，是在橡膠中加入硫化劑和促進劑等交聯助劑，在一定的溫度、壓力條件下，使線型大分子轉變為有彈性的三維網狀結構的過程。橡膠硫化的主要目的是通過形成交聯結構，使橡膠材料變得更加穩定、耐久、強度更高，并賦予其彈性和耐磨性，為橡膠制品的性能和品質提供了質的飛躍。四、合成橡膠供應2005

年至

2020

年底，根據

IRSG

數據統計，全球合成橡膠產量從

1200

萬噸增至

1550

萬噸以上，從全球產量來看已經步入了一個相對穩定且緩慢增長的時期。目前全球主要產區中，亞洲地區占比近

6

成。主要是收到亞洲地區近年來經濟高速發展的提振作用，合成橡膠消費量快速增長帶動供應量的不斷擴大。而歐洲、和美洲等地擁有較為龐大且完善的石油、化工產業，其合成橡膠產值穩定性較高。在合成橡膠的種類中，丁苯橡膠（SBR）與順丁橡膠（BR）作為合成橡膠兩大主要膠種，產量合計占比超

50

。|農業專題報告（橡膠）圖5：合成橡膠加工工藝流程混煉橡膠聚合物和其他配方組分的混合與分散聚合物結構（線性或支化結構、摩爾質量及其分布）會影響混煉工藝混煉過程中的剪切變形大，溫度上升速度快預成型工藝：壓延成型膠料可進一步分布式混合拉伸變形大，可進一步分散填料，并使膠料在儲存過程中形成的附聚體重新分散與混煉工藝相比，壓延的溫度較低且穩定預成型工藝：擠出成型膠料可進一步分布式混合銷釘式機筒既能提高效率，又能使溫度均勻分布沿螺桿方向溫度逐漸升高模具的設計會影響擠出制品的質量間歇式硫化：主要包括注射成型、模壓成型和轉移成型預成型的膠料被壓入模具，在模具中進行一定時間的硫化連續式硫化：膠料經擠出機擠出成型，然后進入一系列硫化單元，包括紅外高溫定型、熱空氣烘道等升高溫度，膠料發生硫化來源：公開資料，中信期貨研究所8/

18|農業專題報告（橡膠）圖

6：全球合成橡膠產量單位：萬噸數據來源：IRSG，中信期貨研究所數據來源：IRSG，Wind，中信期貨研究所圖

8：2021

年全球合成橡膠產能占比（按種類）單位：圖

9：2021

年全球合成橡膠產量占比（按地區）單位：數據來源：公開數據，中信期貨研究所數據來源：IRSG，中信期貨研究所對于我國來說，合成橡膠工業的發展始于“一五計劃”，這一時期的氯丁橡膠、丁苯橡膠和聚硫橡膠三套試驗裝置為我國合成橡膠工業化的技術提升和經驗儲備奠定了基礎。“四五計劃”時期，我國把合成橡膠列為大力發展的對象。但受限于當時的國際環境，順丁橡膠、乙丙橡膠和丁二烯原料的產業化總年產量仍不足

10

萬噸。之后在改革開放的推動下，我國引進國外先進的合成橡膠制造工藝技術和生產裝置的步伐加快，國產合成橡膠種類不斷豐富。截至

2021

年底，我國合成橡膠年產能超

600

萬噸，年產量近

420

萬噸，占全球產量約

1/4，亞洲地區占近一般。與全球產量占比相似的是，丁苯橡膠與順丁橡膠合計占比50。不過需要注意的是，在

2016-2021

年間，苯乙烯類熱塑性彈性體（SBCs）的建設較為集中，作為全球體量最大的熱塑性彈性體（TPE/TPR）基礎原材料，2021

年其在總產量方面一躍成為國內第一大合成橡膠。不過

SBCs

包括了

SBS、SEBS、SIS、SEPS

等系列產品，所以目前從單個膠種來看，丁苯與順丁仍占主導地位。1800160014001200100080060040020002005200620072008200920102011201220132014201520162017201820192020-10-5051015202005201020152020圖

7：全球合成與天然橡膠消費能力與宏觀經濟水平相關全球GDP增速 全球合成橡膠消費增速全球天然橡膠消費增速SBR32BR21SBCs17EPDM10IIR10IR4NBR CR4

2亞洲57.7歐洲25.8北美14.1南美2.0其他地區0.49/

18|農業專題報告（橡膠）圖

10：中國合成橡膠產量單位：萬噸圖11：2021

年中國合成橡膠產量占比（按種類） 單位：數據來源：隆眾資訊，中信期貨研究所 數據來源：隆眾資訊，中信期貨研究所從從業者結構來看，我國合成橡膠市場以中石化、中石油、民營企業以及小部分外資企業組成。合成橡膠是石油產業鏈的下游產品，而國內油品主要由中石化和中石油統一定價，所以“兩桶油”在國內合成橡膠的產能和產量占比合計超過

50，占據了主導地位。由于合成橡膠行業是資金和技術雙密集型行業，在產能和產業結構優化的背景下，行業內形成了一定的資金和技術壁壘，導致大中型企業和軍工企業的服務渠道大多被“兩桶油”把控著。而民營企業只為部分地區中小企業提供服務。不過近年來隨著民營大煉化新勢力崛起和傳統地煉分化的發展，我國民營企業的規模、實力和整體水平都將得到很大提升，在國內合成橡膠行業的市場份額正逐步增加。此外，近年來部分國外化工企業通過企業合并或招商引資的方式進入中國市場，逐步在國內拓展化工業務，生產合成橡膠，不過目前暫不具備較強的競爭優勢。我國合成橡膠行業今年來飛速發展，國內產能出現井噴式增長。但與發達國家相比還存在諸多問題和挑戰，行業存在大而不強、企業競爭力弱的現象。2008

年開始出現產能過剩的現象后，2012

年后過剩態勢逐步擴大。受市場價格和生產成本的影響，加之進口產品的沖擊，有效產能利用率逐步低于世界合成橡膠裝置平均產能利用率。中高端牌號產品供應不足，很多特種高性能產品長期依賴進口，其中包括高端的溶聚丁苯橡膠、溴化丁基橡膠、超高腈丁腈橡膠等。新技術開發能力差距明顯。面向未來，國際上合成橡膠領域不斷加強技術創新和新技術開發，主要集中在產品創新、工藝創新和環境友好三個方面。而我國目前在這三個方面的進步空間仍然很大。35030025020015010050045040020052006200720082009201020112012201320142015201620172018201920202021SBR27BR23SBCs30IIR6EPR7NBR

IR5

1CR110/

18|農業專題報告（橡膠）五、合成橡膠需求合成橡膠下游應用廣泛，且正如我們前文所說，很大一部分服務于汽車產業，所以其需求受整體宏觀經濟影響較大，其消費增速與全球

GDP

增速的走勢也有較為明顯的正相關性。輪胎作為汽車的主要部件，汽車產量與合成橡膠消費量大體呈現同步增長的情況。目前我國輪胎主要分為半鋼胎與全鋼胎，我們在對天然橡膠進行研究的時候主要關注的是用于商用車上的全鋼胎。而從輪胎需求對合成橡膠消費端的影響程度看，主要用于乘用車的半鋼胎的影響更大，其所需要用到的合成橡膠量是全鋼胎的

2-3

倍。雖然每家輪胎廠的配方有所不同，但假設每條半鋼胎重約

9kg，一輛車（4

條輪胎）所需的合成膠總量大約在10kg。圖

12：我國汽車銷量與GDP

相關性單位：圖

13：美國輕型車銷量與

GDP

相關性單位：數據來源：Wind，中信期貨研究所輪胎是一種復合產品，由多達十幾種以上的不同混煉膠及各種增強材料（鋼絲、尼龍、聚酯）組成，最主要的部位是胎體和胎面。胎面是輪胎與路面接觸的唯一部位，可以保護輪胎不受割傷和刺扎，并提供耐磨性和牽引性。輪胎的應用（夏季或冬季）決定了胎面膠配方的差異。所以胎面膠的配方會經常根據需要調整，以適用于不同的場合和需要。而處于安全原因，胎體膠的配方大多保持不變。不過無論配方變或不變，需要用到的合成橡膠均是目前兩大主流合成膠種丁苯和順丁，其中通常來說用量最大的是溶聚丁苯橡膠（S-SBR）-10-505101520400350300250200150100500-50-100-1502003/01 2008/01 2013/01 2018/012023/01中國:銷量:汽車:當月值:同比中國:GDP:不變價:當季同比-20-15-10-505101520-2024681012-42009/12 2012/12 2015/12 2018/12數據來源：Wind，中信期貨研究所2021/12美國人均GDP同比美國輕型車銷量同比（右）11/

18|農業專題報告（橡膠）圖

14:

主要合成橡膠在輪胎中的應用數據來源：公開資料，對于未來要上市的品種順丁橡膠來說，其除了輪胎的另一大應用領域是高抗沖聚苯乙烯（HIPS）以及

ABS

樹脂改性。聚苯乙烯是一種透明、無定型的熱塑性聚合物，聚合的過程中加入少量順丁橡膠，可以提高其抗沖擊強度和耐環境應力開裂性能。HIPS

的應用廣泛，從一次性制品（咖啡杯或酸奶杯）到耐用冰箱內襯層、電視外殼、玩具和一般家居用品。截至

2020

年底，我國順丁橡膠在輪胎上應用占比近

8

成，HIPS

占比約

10

。其他合成橡膠應用領域如下圖所示：圖15：合成橡膠主要應用場景輪胎外胎（SBR、BR）橡膠履帶（SBR、BR）輸送帶（SBR、BR）高抗沖聚苯乙烯（BR）高爾夫球（BR）輪胎內胎（IIR）12/

18|農業專題報告（橡膠）醫用膠塞（IIR）口香糖（IIR）汽車密封條（EPDM）門窗密封條（EPDM）空氣彈簧（CR）液壓膠管（CR）膠粘劑（CR）阻燃無腐蝕電纜（EVM）發泡鞋材（EVM）來源：六、合成橡膠貿易情況2021

年我國合成橡膠進口量為

438.5

萬噸，不過值得注意的是該數據包含了混合膠的進口量。混合膠實質為天然橡膠與少量合成橡膠的混合物，但進口統計在合成橡膠項下。2015

年

7

月復合橡膠新標準實施以來，復合橡膠進口量顯著下降，與此同時替代進口的是混合橡膠。2015

年時，混合膠進口量僅有

54萬噸左右，2021

年進口量已經高達

291

萬噸，占合成橡膠進口總量的

66。將合成橡膠進口量中的混合膠予以剔除后，可以看到

2010

年以來，我國合成橡膠（剔除混合膠）的進口量基本維持在平均

125

萬噸的水平，整體波動不13/

18|農業專題報告（橡膠）大。分膠種來看，丁苯橡膠的進口量最大，占比

35。進口來源國主要為周邊國家和地區。圖

16：2021

年我國合成橡膠進口占比（按膠種）

單位：圖

17：2021

年我國合成橡膠進口來源國單位：數據來源：Wind，中信期貨研究所 數據來源：Wind，中信期貨研究所出口方面，2021

年前，我國合成橡膠年度出口量基本未超過

25

萬噸。2020年

3

月，財政部、稅務總局聯合發布公告，再次提高部分合成橡膠產品出口退稅率，大部分合成橡膠產品可享受13

的出口退稅率。2021我國合成橡膠出口量提升至近

29

噸，較

2020

大幅提升超

40。出口目的地主要是東南亞、韓國等地。不過目前來說合成橡膠出口總量仍然偏低，目前只占國內合成橡膠總產量的

7左右。圖

18:

我國合成橡膠供需平衡表單位：萬噸數據來源：隆眾資訊，中信期貨研究所SBR35NBR17IIR15BR13EPDM11其他

IR5

3CR1韓國27日本14俄羅斯10中國臺灣5美國5其他3914/

18|農業專題報告（橡膠）七、合成橡膠能否替代天然橡膠自

20

世紀初汽車工業開始成規模地生產以來，天然橡膠就發揮著重要且不可替代的作用。隨后短短的

50

年內，天然橡膠的年消耗量飛速增加，然而其發展卻受到自然條件的制約。在此基礎上，合成橡膠應運而生。盡管合成橡膠發明的初衷是完全替代天然橡膠，然而從實際運用上來說，二者之間的互補作用遠大于其替代效應。圖

19:

天然橡膠與主要合成橡膠性能對比數據來源：公開資料，中信期貨研究所目前來說，單靠天然橡膠和合成橡膠都不能滿足橡膠產品的所有性能要求。天然橡膠具有較高的機械強度、很好的耐撓曲疲勞性能、氣密性等，所以單從輪胎方面來說，一條平均損耗更大、對載重量要求更高的全鋼胎所需要的天然橡膠量顯著大于合成橡膠量。而以目前的技術水平，所生產處的合成橡膠并不能完全復制天然橡膠的結構與分子量，以起到與天然橡膠完全一致的效果。不過與此同時，合成橡膠也具備一些天然橡膠所不具備的優異性能，比如在高溫、低溫、以及油性環境中的優異表現是天然橡膠無法比擬的。因此在輪胎生產方面通常是將兩類膠混合使用以實現性能互補。此外，不同類型的輪胎中兩類橡膠的配比也存在差異，這主要取決于各公司的工藝以及實際需求。根據我們的了解，在一條輪胎所需要用到的所有膠料中，合成橡膠可以完全替代天然橡膠的比例僅有不到

5

，且大部分時間決定替換與否的決定因素是成本。即當某種膠相對便宜時，部分生產廠家會考慮適度增加該種膠的用量以降低生產成本。而不同輪胎廠對于兩類膠種之間價格的敏感度也不一樣，根據我們之前走訪調研過的企業來說，對于質量要求不高的小15/

18|農業專題報告（橡膠）型作坊類輪胎企業對價格的敏感度較高，甚至在短期出現

200-300

元/噸價差時也會選擇切換配方。而對于部分大中型輪胎廠來說，即便技術成熟，切換配方后的產品性能與穩定性可以很好的保持在同一水平上，但仍只有價差在長期維持在

2000