综述：植物/动物纤维增强聚合物复合材料的前沿研究：力学、热学与生态功能创新进展

《International Journal of Polymer Science》：Advanced Studies of Plant/Animal Fibre-Reinforced Polymer Composites: A Review of Mechanical, Thermal and Eco-Functional Innovations

　　

鉴于可持续工程材料的研究需求，天然纤维增强聚合物复合材料因易获取、轻质及可再生特性，已成为合成纤维体系的重要替代方案。植物纤维（如黄麻、洋麻、剑麻、亚麻、香蕉纤维、蔗渣及大麻）与动物纤维（如丝、羊毛、人发、鸡毛及山羊毛等富含蛋白质的纤维）凭借其生态友好性、可再生性及生物可降解性，在聚合物基体中表现出显著应用潜力。其中蛋白质基纤维可提升复合材料的柔韧性、能量吸收能力及抗热降解性能。本综述围绕材料选择、纤维改性、制备工艺及结构设计四大维度，系统梳理了近年来植物/动物纤维增强聚合物复合材料的研究进展，通过对已报道的力学性能、热学性能、微观形貌及生物降解结果的趋势分析，明确了该类材料在生物医学产品、建筑材料、汽车零部件及环保部件等领域的应用前景。总体而言，天然纤维增强聚合物复合材料为实现兼顾耐久性与综合性能的可持续材料开发提供了可行路径。

1. 1.
   Introduction
   天然纤维增强聚合物（NFRP）复合材料因契合环保与可持续发展需求，已成为传统合成纤维体系的重要替代方案。植物源纤维（如黄麻、洋麻、剑麻、亚麻、香蕉纤维、蔗渣及大麻）凭借全球广泛分布、农业副产品属性及可再生特性，成为聚合物基体的主流增强体。亚洲、非洲及南美洲大规模种植的黄麻、剑麻、香蕉纤维及竹纤维，依托农业经济产业链形成了低成本的本地化供应体系。动物源纤维（如羊毛及家禽产业产生的角蛋白基废弃物羽毛纤维）作为纺织与禽类加工副产物，同样具备高可获得性。但纤维供应存在显著的地域依赖性，受气候、种植密度及本地加工设施影响明显，长距离运输引发的吸湿与降解问题还会进一步提升材料成本与环境负荷。因此，天然纤维的实际可利用性需通过本地化供应链与区域定制化选材策略实现优化。当前该类材料已成功应用于包装材料、建筑板材、汽车内饰及轻量化结构部件，但其规模化结构应用仍受限于高吸湿性、纤维质量波动大、冲击韧性低及纤维-基体界面结合弱等问题，上述缺陷会导致材料耐久性下降与力学性能离散性增大。碱处理、硅烷偶联剂改性及增容剂修饰等表面处理技术虽可提升纤维-基体界面黏结强度，但仍无法完全解决韧性不足与长期性能稳定性问题。
   为突破上述瓶颈，混杂增强策略成为近年研究热点——通过将不同类型纤维引入同一聚合物基体，利用纤维性能互补效应实现应力分布优化、裂纹萌生延迟及损伤容限提升。韧皮纤维（黄麻、亚麻、大麻、洋麻）因层状结构特征与高纤维素含量，表现出优异的强度与刚度。早期混杂体系多采用天然纤维与合成纤维复合，随着环保意识提升，全生物基混杂复合材料成为研究重点，动物源蛋白质纤维因其独特分子结构（氨基酸富集）带来的柔韧性、高韧性及能量吸收优势，成为新型辅助增强体的候选。丝素蛋白、羊毛、山羊毛、马毛及角蛋白基纤维的分子链构象可通过裂纹桥接机制抑制脆性断裂，同时提升复合材料的热降解抵抗能力。研究表明，植物/动物纤维混杂复合材料的抗冲击与弯曲性能显著优于单一纤维体系，其中角蛋白基毛发与羽毛纤维因生物可降解性与基体相容性良好，可实现复合材料降解行为的可控调节。界面工程是混杂复合材料设计的核心要素，纤维-基体界面的性质直接决定应力传递效率与宏观力学性能，天然纤维与聚合物基体的表面化学性质及极性差异常导致界面黏结不足，进而削弱结构强度与长期耐久性。此外，聚乳酸（PLA）等生物可降解基体与天然纤维的复合体系，可在力学性能与生物可降解性之间实现平衡，进一步降低材料的全生命周期环境足迹。动物纤维（如羊毛、丝、角蛋白基废弃物）的加入还可弥补植物纤维韧性不足的缺陷，通过蛋白质分子链的 hierarchically 结构实现能量耗散，为复合材料性能定制化设计提供新途径。
   天然纤维复合材料的性能高度依赖界面特征与结构均匀性，纤维分散性、界面黏结强度及制备工艺参数共同决定其力学响应、热行为及长期可靠性。结构-性能关系研究表明，复合材料设计的微小调整即可引发性能显著变化，因此界面优化与材料组分调控仍是高性能体系开发的关键。表面改性处理可有效提升纤维素纤维的界面相容性与长期稳定性，植物纤维（纤维素基）与动物纤维（蛋白质基）的化学组成差异使其增强机理与性能表现呈现显著区别：植物纤维的半结晶纤维素结构赋予其高刚度与拉伸强度，动物纤维的蛋白质层级结构则提升复合材料的韧性与抗冲击性。动物纤维（羊毛、丝、角蛋白基羽毛及毛发）因蛋白质结构的疏水性及脂质含量，吸湿性显著低于植物纤维，同时可通过柔性能量吸收机制抑制裂纹扩展。热稳定性是天然纤维复合材料的另一核心议题，植物纤维中半纤维素与木质素的分解、动物纤维中蛋白质的热变性限制了其加工温度与应用场景，但通过选用高热稳定性聚合物基体、优化纤维体积分数及引入纳米填料或混杂增强相，可有效提升复合材料的热阻与降解延缓能力。材料生态功能性已逐渐成为与力学、热学性能同等重要的选材指标，天然纤维复合材料虽普遍具备低环境足迹、低碳排放及生物可降解/可回收特性，但其实际优势受基体选择、制备工艺及废弃处置方式的显著影响。吸湿仍是制约其应用的关键问题，木质纤维素纤维的吸湿膨胀会引发界面脱粘与力学性能衰减，需通过组分设计与服役环境匹配保障实际应用耐久性。现有研究中“蛋白质富集纤维”的表述易造成分类混淆，建议统一采用“动物纤维”术语，同时明确其蛋白质组分的化学特性对力学性能、吸湿响应及界面行为的决定性作用。动物纤维的半结晶蛋白质结构可通过塑性变形、原纤化及裂纹桥接机制提升复合材料能量吸收能力；角蛋白的交联多肽链与丝素蛋白的β-折叠晶区还可促进炭层形成，改善热降解抵抗能力，有效抵消植物纤维的脆性特征。从分子层面而言，动物纤维的断裂伸长率（15%–35%）显著高于植物纤维，其弹性变形能力与能量耗散机制是实现复合材料高韧性的核心来源。
2. 2.
   Materials and Methods
   2.1. Methodology
   原材料选择是复合材料制备的首要环节，直接决定最终产品的强度、耐热性及环境适应性。现有研究涵盖植物木质纤维素纤维、动物蛋白质纤维与热固性/热塑性基体的多元复合体系，基体选择（聚酯、环氧或PLA等生物可降解树脂）需兼顾加工可行性、产品性能需求及环境影响。天然填料与增容剂的引入可进一步提升相间黏结强度与综合性能，支撑绿色高性能复合材料开发。
   2.2. Materials Selection
   复合材料体系主要由植物/动物天然纤维与聚合物基体构成。植物纤维（黄麻、洋麻、剑麻、亚麻、香蕉纤维、蔗渣、大麻、菠萝叶纤维及象耳豆纤维等）因可再生、轻质及力学性能优异被广泛采用，是复合材料刚度与承载能力的核心来源。动物纤维中，丝、羊毛、山羊毛、马毛及毛发/羽毛中的角蛋白基纤维因蛋白质分子结构具备高断裂伸长率、柔韧性与能量吸收能力，主要作为辅助增强体提升复合材料韧性、抗冲击性及裂纹扩展阻力。聚合物基体包括环氧、聚酯、生物环氧等热固性树脂，以及聚丙烯（PP）、PLA等热塑性树脂，选择依据为加工特性、强度需求及生态指标。典型植物/动物纤维的物理与力学性能呈现显著差异：植物纤维密度多为1.20–1.60 g/cm3，拉伸强度100–1600 MPa，杨氏模量3–82 GPa，断裂伸长率1.0%–10.0%，其中竹纤维的比强度突出，菠萝叶纤维的模量可达82 GPa；动物纤维密度多为0.80–1.35 g/cm3，拉伸强度100–740 MPa，杨氏模量2–12 GPa，断裂伸长率5%–60%，其中羊毛、人发的超高断裂伸长率（分别达25%–35%、30%–60%）是其区别于植物纤维的核心特征。
   2.3. Fibre Preparation and Treatment
   纤维预处理与表面改性是提升界面黏结强度的关键步骤。植物纤维（黄麻、洋麻、剑麻、亚麻、香蕉纤维、蔗渣、大麻）需经清洁除尘与干燥以降低含水率，氢氧化钠（NaOH）碱处理是最常用的改性方法，可通过去除半纤维素、木质素及蜡质层提升纤维表面粗糙度，增强与基体的机械互锁效应，进而改善复合材料的拉伸、弯曲及冲击性能。为进一步降低植物纤维的亲水性，减少服役过程中的吸湿与界面降解，可辅以硅烷偶联剂或增容剂处理。动物蛋白质纤维（丝素蛋白、羊毛、山羊毛、马毛及角蛋白基纤维）需采用温和改性工艺：先通过中性洗涤剂去除天然油脂与杂质，再低温干燥以维持蛋白质链结构完整性；角蛋白基纤维优先采用软化学或物理改性方法，在保留蛋白质主链结构的前提下引入活性官能团，避免过度刻蚀导致的性能劣化。适宜的改性工艺可促进应力高效传递、减少纤维拔出并延缓裂纹扩展，最终实现复合材料韧性、抗冲击性及耐久性的协同提升。
   2.4. Fabrication of Natural Fibre-Reinforced Composites
   植物/动物纤维增强复合材料的制备需精准控制纤维取向、树脂浸渍与固化工艺，以实现强度与韧性的平衡。常用纤维铺层形式包括层叠堆叠、短纤维混合分散及机织织物增强，其中植物/动物纤维交替层叠结构可显著提升弯曲强度与抗冲击性，短纤维随机分散则有利于应力均匀分布并抑制裂纹萌生。主流制备工艺包括：手工铺层（操作简便、纤维取向可控，适用于热固性复合材料）、压缩模压与热压成型（适用于热固性/热塑性复合材料，可降低孔隙率并精确控制纤维体积分数与层合板厚度）、树脂传递模塑（RTM，可提升表面质量并减少孔隙，适用于结构件制备）。成型后需经固化与调湿处理以确保聚合物充分交联与尺寸稳定，后续通过拉伸、弯曲、冲击试验评价力学性能，通过热重分析（TGA）与差示扫描量热法（DSC）表征热稳定性与降解路径，通过扫描电子显微镜（SEM）观察纤维分散性、界面黏结及断裂机制。合理的纤维架构设计与工艺参数控制是实现复合材料高韧性、低脆性及长寿命的核心保障。
   2.5. Mechanical Testing
   力学性能测试是评价复合材料强度、刚度及韧性的核心手段，主要包括拉伸、弯曲、冲击试验，用于验证纤维混杂、表面改性及制备工艺的有效性。拉伸试验依据ASTM D638标准执行，可获取拉伸强度、杨氏模量及断裂伸长率，反映纤维-基体界面应力传递效率及改性效果；弯曲试验采用三点/四点弯曲法（ASTM D790标准），弯曲强度与模量是结构件与半结构件设计的关键参数，混杂纤维体系因载荷分布均匀化通常表现出优于单一纤维体系的弯曲性能；冲击试验（Izod/Charpy法，ASTM D256/ISO 179标准）用于评价能量吸收能力与抗突发载荷性能，动物纤维的裂纹桥接与断裂扩展延迟效应可使冲击强度提升40%–60%。辅助测试包括硬度（ASTM D2240标准，评价表面耐磨性）与压缩试验（ASTM D695标准，评价承载能力），全面覆盖复合材料的多工况服役性能评价需求。
   2.6. Thermal Analysis
   热分析用于揭示复合材料的热稳定性、降解行为及耐热性能，核心手段包括TGA与DSC。TGA可定量表征升温过程中的质量损失行为，获取初始降解温度（T_onset）、最大降解温度（T_max）及残炭率，动物纤维（丝素蛋白、羊毛、角蛋白纤维）因蛋白质结构的热稳定性与氮硫元素含量，可显著提升复合材料成炭量与热降解延迟效果。DSC用于测定聚合物基体的玻璃化转变温度（Tg）、熔点（Tm）及结晶行为，可反映纤维改性与混杂结构对基体结晶度及耐热性的影响，尤其适用于热塑性复合材料的加工温度窗口确定。动态力学分析（DMA，ASTM D4065标准）可获取储能模量、损耗模量及阻尼因子（tan δ），评价复合材料的热-力学稳定性；热变形温度（HDT，ASTM D648标准）则反映材料在受热-载荷耦合条件下的抗变形能力，是服役温度上限的重要依据。上述技术的联用可系统解析混杂体系的热响应机制。
   2.7. Morphological Analysis
   微观形貌分析是验证纤维预处理、表面改性及制备工艺有效性的直观手段，SEM是最常用的表征方法，可观察纤维分散性、界面黏结状态、纤维拔出、基体开裂、孔隙形成及断裂表面特征。界面结合良好、纤维拔出少的微观结构表明应力传递效率高，对应优异的宏观力学性能。动物纤维（丝、羊毛、山羊毛、马毛、角蛋白纤维）的裂纹桥接作用是提升韧性的核心机制，SEM观测可证实其在冲击与弯曲载荷下的裂纹扩展阻滞效应。改性植物纤维的表面粗糙度提升可促进与基体的机械互锁，动物纤维的温和改性则可保留蛋白质骨架完整性并提升表面活性，二者协同作用可减少界面缺陷与孔隙，进一步优化复合材料微观结构。
   2.8. Biodegradation and Moisture Absorption
   生物降解性与吸湿性评价是生物基复合材料环境适应性的核心指标。生物降解试验包括土壤掩埋、堆肥及可控环境暴露法，通过定期监测质量损失、表面形貌变化及力学性能衰减，评价复合材料的生命周期末端行为。植物纤维（黄麻、剑麻、亚麻、香蕉纤维、蔗渣）因纤维素组分易被微生物侵蚀，降解速率较快；动物纤维（丝素蛋白、羊毛、山羊毛、马毛、角蛋白纤维）的蛋白质结构可实现降解过程的缓慢可控，维持服役初期的结构完整性。混杂纤维体系可通过动物纤维的引入延缓纯植物纤维复合材料的快速降解，提升服役耐久性。表面改性与基体选择显著影响降解行为：碱处理可提升界面黏结强度，延缓水分与微生物渗透；PLA等生物可降解基体的降解速率高于热固性基体，适用于环境响应型应用。吸湿性测试（水浸法）表明，植物纤维的高羟基含量导致其吸水率可达6%–12%，引发溶胀与界面脱粘；动物纤维的疏水性氨基酸链段使其吸水率仅为3%–8%，配合致密的结构特征可有效降低水分渗透率，提升潮湿环境下的尺寸稳定性。
3. 3.
   Mechanical Performance of Composites
   植物/动物纤维增强复合材料的力学性能源于刚性木质纤维素植物纤维与柔性蛋白质基动物纤维的协同效应，混杂设计可实现应力重分布、界面黏结强化及损伤容限提升，克服单一天然纤维复合材料的脆性与韧性不足缺陷。
   3.1. Tensile, Flexural and Impact Properties
   高性能植物纤维复合材料（亚麻/PLA、竹/环氧）的拉伸强度为70–110 MPa，弯曲强度为110–130 MPa，体现高效的应力传递与强界面黏结；大麻/PP复合材料的拉伸强度为65–95 MPa，弯曲强度为100–125 MPa，源于良好的纤维分散性与基体相容性，但其冲击强度仅为20–35 kJ/m2，呈典型脆性断裂特征。剑麻/聚酯、香蕉/PP等中等性能体系的拉伸强度为50–80 MPa，弯曲强度为90–120 MPa，冲击强度为25–40 kJ/m2，界面结合不充分、纤维取向偏差及孔隙是导致性能偏低的主因。动物纤维复合材料（羊毛/环氧、人发/聚合物、羽毛/聚乙烯、山羊毛/环氧）的拉伸强度仅为25–50 MPa，弯曲强度为60–85 MPa，受限于角蛋白基纤维的低刚度，但其冲击强度可达40–60 kJ/m2，得益于纤维拔出、裂纹桥接及界面脱粘等能量吸收机制。混杂复合材料可实现性能平衡：拉伸强度60–90 MPa、弯曲强度100–135 MPa（接近单一植物纤维体系），冲击强度35–55 kJ/m2（显著优于纯植物纤维体系），刚性植物纤维承担载荷，柔性动物纤维阻滞裂纹扩展，实现多性能指标协同优化。
   3.2. Hardness Behaviour
   复合材料硬度由纤维刚度、表面形貌及界面黏结质量共同决定，与拉伸、弯曲性能呈正相关。植物纤维复合材料（亚麻/PLA、大麻/PP、竹/环氧）的肖氏D硬度达75–88，源于纤维素纤维的高刚度、致密堆积及强界面黏结，对应其高拉伸与弯曲强度；剑麻、香蕉纤维复合材料的硬度为65–75肖氏D，界面缺陷与微孔隙导致其抗局部变形能力略低。动物纤维复合材料（羊毛/环氧、人发/聚合物、羽毛/聚乙烯、山羊毛/环氧）的硬度为55–70肖氏D，蛋白质纤维的低刚度与高弹性使其易发生局部塑性变形，但高韧性可提升冲击能量吸收能力。混杂复合材料的硬度为68–80肖氏D，平衡了植物纤维的刚性与动物纤维的界面柔韧性，在实现足够表面硬度的同时提升接触载荷下的抗裂纹萌生与扩展能力。硬度与冲击性能的权衡关系表明：高强度复合材料通常硬度更高，高韧性复合材料则呈现更低硬度与更高延展性。
   3.3. Compressive Strength and Load-Bearing Capacity
   压缩强度取决于纤维类型、结构刚度及界面黏结质量，与拉伸、弯曲性能的变化规律一致。竹/环氧、亚麻/PLA、大麻/PP等植物纤维复合材料的压缩强度为90–130 MPa，源于纤维素纤维的高刚度、致密微纤结构及强界面结合，可有效抵抗压缩变形与纤维微屈曲；剑麻、香蕉纤维复合材料的压缩强度为70–100 MPa，界面缺陷、纤维取向偏差及孔隙导致其抗压缩能力降低。动物纤维复合材料的压缩强度仅为50–80 MPa，蛋白质纤维的低刚度与高弹性使其在压缩载荷下易发生失稳变形，但弹性特征可延缓灾难性破坏，提升失效后的结构完整性。混杂复合材料的压缩强度为80–115 MPa，植物纤维提供承载能力，动物纤维通过抑制裂纹萌生与扩展提升损伤容限，纤维屈曲控制、界面脱粘及能量耗散机制的协同作用实现了压缩失效的渐进式演化，满足严苛工况下的结构稳定性需求。
4. 4.
   Thermal Stability and Thermal Transition Analysis
   热稳定性与热转变特征是决定混杂复合材料服役温度上限、尺寸稳定性及长期耐久性的核心参数，需通过TGA、DSC、DMA及HDT的联合表征实现系统评价。
   4.1. TGA
   天然纤维复合材料的热降解分为多阶段：100°C以下的失重源于水分蒸发；200–300°C的失重对应半纤维素分解；300–400°C的失重源于纤维素降解；木质素则在宽温度范围内缓慢分解。动物纤维（羊毛、丝、角蛋白）的降解以蛋白质变性及肽键断裂为主，氮硫元素的存在使其残炭率显著高于植物纤维。植物纤维复合材料（黄麻/PP、剑麻/聚酯）的最大降解温度为350–400°C，竹/环氧、亚麻/PLA因致密的纤维结构、高纤维素结晶度及优良界面结合，最大降解温度可达420°C。动物纤维复合材料（羊毛/环氧、丝/PLA）的降解温度为300–360°C，但残炭率更高，角蛋白与丝素蛋白的热解炭层可提供隔热保护作用。混杂体系通过植物纤维的高降解温度与动物纤维的高成炭能力协同，实现了热稳定性的全面提升，适用于中等至高耐热需求及阻燃场景。
   4.2. DSC
   玻璃化转变温度（Tg）是表征聚合物链段运动能力的关键指标，可反映复合材料的界面相互作用。植物纤维复合材料（亚麻/PLA、大麻/PP、竹/环氧）的Tg为60–110°C，刚性木质纤维素纤维限制聚合物链段运动，强界面黏结与表面粗糙度提升进一步增强热稳定性。动物纤维复合材料（羊毛/环氧、丝/PLA）的Tg为55–80°C，蛋白质分子的柔性链段提升了聚合物链段的运动能力，但氨基、羧基等官能团仍可形成有效界面键合，避免Tg大幅下降。混杂复合材料的Tg为65–95°C，植物纤维的刚性约束与动物纤维的界面相容性优化共同作用，拓宽了玻璃化转变区间，其中丝基混杂体系因丝素蛋白β-折叠晶区的强界面作用表现出更高的Tg，羊毛、毛发基体系则因更宽的转变区间体现出优异的热耐受性。
   4.3. DMA
   阻尼因子（tan δ）是评价复合材料黏弹性能与能量耗散能力的核心参数。植物纤维复合材料（亚麻/PLA、大麻/PP、竹/环氧）的tan δ为0.02–0.06，刚性木质纤维素结构与强界面结合限制了链段运动，储能模量高但能量耗散能力有限。动物纤维复合材料（羊毛/环氧、山羊毛/环氧、人发/聚合物）的tan δ为0.06–0.12，蛋白质基角蛋白的无定形/半结晶结构、卷曲形态及粗糙表面提升了动态载荷下的内摩擦与能量吸收能力。混杂体系中，羊毛、山羊毛、马毛增强复合材料的tan δ峰值更高，振动阻尼性能优异；丝基混杂体系因强界面结合与低分子链段运动能力，tan δ值较低。植物纤维贡献刚度与低阻尼特性，动物纤维主导能量耗散与振动吸收，混杂设计可实现刚度、阻尼与动态力学稳定性的平衡。
   4.4. HDT
   热变形温度（HDT）反映复合材料在热-力耦合载荷下的抗变形能力，是结构件服役温度设计的核心依据。植物纤维复合材料（亚麻/PLA、大麻/PP、竹/环氧）的HDT为80–110°C，环氧基体系因交联网络结构可达100–115°C，刚性木质纤维素结构与高纤维素结晶度进一步提升了热刚度。动物纤维复合材料（羊毛/环氧、山羊毛/环氧、人发/聚合物、羽毛/聚乙烯）的HDT为70–95°C，蛋白质基半结晶结构的柔性链段使其在热载荷下更易发生变形，但动物纤维的增韧效应可提升热循环载荷下的抗裂性能。HDT受基体类型、纤维刚度及界面强度共同影响，混杂设计通过性能互补实现了热稳定性与结构稳定性的平衡，适用于中等至高温服役场景。
   4.5. Morphological Behaviour
   微观形貌特征直接决定复合材料的界面行为与断裂机制。植物纤维复合材料（黄麻、剑麻、竹、大麻、亚麻）的纤维分散均匀，经表面改性后界面结合紧密，SEM观测可见洁净的断裂面、少量纤维拔出及大量纤维断裂，表明应力传递效率优异，对应其高拉伸、弯曲与压缩强度。动物纤维复合材料（羊毛、人发、羽毛、山羊毛）的纤维形态不规则、多孔且分散均匀性较低，界面黏结较弱，SEM观测可见大量纤维拔出、界面脱粘、微裂纹及孔隙，虽不利于应力传递，但纤维滑动、裂纹桥接及原纤化机制可显著提升韧性，实现渐进式非脆性断裂。植物纤维构建致密强界面微观结构，动物纤维形成柔韧耗能微观结构，二者的本质差异决定了复合材料的宏观性能特征。
   4.6. Biodegradation Behaviour
   生物降解行为受纤维化学组成、结构及环境交互作用的共同调控。植物纤维复合材料（黄麻、剑麻、亚麻、香蕉、蔗渣）的90天土壤掩埋质量损失为15%–25%，木质纤维素组分（纤维素、半纤维素、木质素）易被微生物酶解，高亲水性加速水分渗透与界面脱粘，纤维素水解导致结构快速失效。动物纤维复合材料（羊毛、丝、人发、羽毛、山羊毛）的同期质量损失仅为10%–18%，蛋白质基角蛋白/丝素蛋白的交联氨基酸链与二硫键使其抗微生物降解能力强于纤维素，低吸湿性进一步延缓微生物侵染；其降解以蛋白质变性及肽键断裂的缓慢可控过程为主，可长期维持结构完整性。植物纤维的快速降解特性适用于短期生物可降解需求，动物纤维的可控降解特性则适用于长寿命服役场景，混杂设计可实现降解速率的精准调控。
   4.7. Water Absorption Behaviour
   吸水行为直接影响复合材料的尺寸稳定性、界面黏结及长期耐久性。植物纤维复合材料（黄麻、剑麻、亚麻、香蕉、大麻）的30天水浸吸水率为6%–12%，木质纤维素的高羟基含量可通过氢键结合水分子，引发纤维溶胀、微裂纹萌生及界面脱粘，最终导致力学性能衰减；多孔结构与胞腔进一步加速水分渗透。动物纤维复合材料（羊毛、丝、人发、羽毛、山羊毛）的吸水率仅为3%–8%，蛋白质基角蛋白/丝素蛋白的疏水性氨基酸链段、致密半结晶结构及卷曲形态可有效阻断毛细管渗水路径，降低水分扩散系数。植物纤维的高吸湿性是户外应用的瓶颈，动物纤维的低吸湿性则保障了潮湿环境下的尺寸稳定性，表面改性与混杂设计是提升耐水性能的有效途径。
5. 5.
   Applications
   植物/动物纤维增强聚合物复合材料凭借均衡的力学性能、热稳定性、振动阻尼及生态功能，已在多领域实现示范应用。
   5.1. Automotive and Transportation Applications
   植物纤维（黄麻、亚麻、大麻、剑麻、竹）因70–110 MPa拉伸强度、110–130 MPa弯曲强度及80–110°C HDT，已用于汽车内饰板、仪表盘等非结构/半结构部件，低密度特性可降低整车重量、提升燃油经济性；但6%–12%的吸水率需通过表面改性提升耐久性。动物纤维（羊毛、人发、角蛋白基纤维）因40–60 kJ/m2的高冲击强度、优异阻尼性能及3%–8%的低吸水率，主要用于噪声-振动-声振粗糙度（NVH）控制部件、隔热材料及内饰功能件，其弹性变形能力可提升动态载荷下的抗冲击性能。二者性能互补实现了汽车材料的轻量化、可持续与多功能集成。
   5.2. Aerospace and Marine Applications
   航空航天领域优先采用植物纤维（亚麻、大麻、黄麻、竹）制备内饰板、舱内壁板、货舱板及次承力结构，70–110 MPa拉伸强度与优异比刚度可实现减重目标，80–110°C HDT可满足舱内温度环境需求；海洋领域则用于船艇内饰、甲板及轻质隔断，耐腐蚀特性适配海洋大气环境，表面防护涂层可缓解高湿环境下的吸湿降解问题。动物纤维（羊毛、丝、角蛋白基纤维）因低热导率、高能量吸收及优异阻尼性能，用于航空舱内隔热、壁板及振动控制系统；海洋领域则用于绝缘层、座椅结构及内饰件，3%–8%的低吸水率与抗微生物降解能力保障尺寸稳定性，蛋白质热解的成炭效应还提升了防火安全性。
   5.3. Construction and Structural Components
   建筑领域植物纤维（黄麻、亚麻、大麻、剑麻、竹）用于墙板、屋面板、隔断板、桥面板及增强构件，90–130 MPa压缩强度与110–130 MPa弯曲强度可满足承载需求，80–110°C HDT保障常温服役稳定性；表面改性可提升户外环境下的耐候性。动物纤维（羊毛、山羊毛、角蛋白基纤维）因多孔结构与卷曲形态，用于隔热材料、吸声板及室内非结构部件，50–80 MPa压缩强度虽不适用于主承力结构，但3%–8%的低吸水率与抗微生物性能适配室内环境，蛋白质成炭效应还提升了建筑材料的防火等级。
   5.4. Sports, Consumer and Bioproduct Applications
   体育用品与消费品领域，植物纤维（亚麻、大麻、黄麻、竹）用于自行车部件、球拍、外壳及环保家居用品，70–110 MPa拉伸强度与高刚度满足轻量化刚性需求，15%–25%的生物降解率契合一次性用品与包装材料的环保要求。动物纤维（羊毛、丝、人发、角蛋白基纤维）因高韧性、能量吸收及生物相容性，用于护具、缓冲垫、柔性运动配件及可穿戴产品，丝基复合材料的10%–18%可控降解率适用于高端生物医用产品，羊毛与人发复合材料的声学阻尼特性则适配缓冲内衬与绝缘制品。
   5.5. Energy and Eco-Functional Systems
   能源领域植物纤维（亚麻、大麻、黄麻、竹）用于风电叶片、太阳能支架及轻量化设备外壳，70–110 MPa拉伸强度与高刚度满足结构承载需求，80–110°C HDT适配户外中等热环境，15%–25%的生物降解率支持绿色建材与可持续结构开发。动物纤维（羊毛、丝、角蛋白基纤维）因低热导率、高能量吸收及3%–8%的低吸水率，用于建筑节能保温、过滤材料及环保控制装置，角蛋白的官能团（-NH₂、-COOH）还可实现对污染物的吸附去除，缓慢可控的降解行为支持环境友好型废弃处置，蛋白质成炭效应则提升了生态功能材料的耐热性。
   5.6. Future Scope
   未来研究需聚焦四大方向：一是植物纤维的界面改性技术创新，通过纳米涂层、硅烷处理及生物基增容剂降低6%–12%的吸湿率，提升纤维-基体界面黏结；二是动物纤维的力学性能强化，通过混杂设计、角蛋白化学改性及纤维取向调控，在不牺牲韧性的前提下提升承载能力，开发自修复、自传感智能复合材料；三是全生物降解循环体系构建，通过植物纤维（15%–25%降解率）与动物纤维（10%–18%可控降解率）的协同，实现降解速率的可控调节，适配包装、生物医用及临时建筑需求；四是长期耐久性评价体系建立，通过多尺度建模、原位力学测试及实时降解监测，揭示湿热、紫外及温度耦合环境下的性能演化规律，支撑工业级规模化制备工艺（自动化生产、混杂加工、纤维结构优化）的开发，推动该类材料在汽车、航空航天及建筑领域的产业化应用。
6. 6.
   Conclusions
   本综述系统梳理了植物/动物纤维增强聚合物复合材料的力学、热学、微观形貌及生态功能性能，明确了结构-性能关系与应用潜力。植物纤维（黄麻、亚麻、大麻、剑麻、竹）凭借高纤维素含量与微纤排列，赋予复合材料高强度与高刚度，适用于结构/半结构应用；动物纤维（羊毛、丝、人发、羽毛、角蛋白基纤维）则通过蛋白质分子结构的裂纹桥接、纤维拔出及原纤化机制，提升韧性、能量吸收及抗冲击性能，同时降低吸湿敏感性并实现降解可控。热分析表明，植物纤维提升热刚度与尺寸稳定性，动物纤维优化隔热、阻尼及成炭能力；微观表征证实植物纤维构建致密强界面结构，动物纤维通过界面脱粘与纤维滑动实现能量耗散。混杂增强是实现力学性能与生态功能平衡的有效途径，未来需聚焦界面工程优化、环境敏感性降低及全生物降解体系开发。当前研究仍存在长期耐久性（疲劳、蠕变）数据缺乏、生命周期评价（LCA）研究不足、实验室制备与小试生产的性能差异及动物纤维种类有限、测试标准不统一等问题，需通过跨尺度研究与标准化工作推动该领域的产业化进程。