https://doi.org/10.3390/polym16162374
膠合接口因其輕量化、降低應力集中及連接異質材料的優勢，被廣泛應用於航空航太、汽車與風力發電等領域。然而，濕熱環境下的水分滲透與熱應力會引起膠合接口內部結構的劣化，使其機械性能不穩定且難以預測。本研究針對這一挑戰，將環氧樹脂結合奈米碳管（CNT）利用材料之電性變化，進行膠合接口的結構健康監測與劣化行為分析。
在測試過程中，所有試片均採用定電流測量，即在固定電流的條件下記錄電壓降的變化，這樣的變化與試片的導電性變化直接相關。電壓變化百分比的定義如下：
其中，𝑉0為零負載下的初始電壓降，𝑉則是疲勞試驗中不同週期下記錄的電壓降。由於是在定電流條件下進行測量，電壓變化可等效於電阻變化百分比。
本研究為瞭解試片在正常乾燥環境中的疲勞破壞情況，設定在達到特定電壓變化百分比（2%、10%、18%）時進行螢光液滲透處理，以探討疲勞壽命、電壓變化百分比及破斷面破壞機制之間的關聯性。接著，對試片在濕熱環境中進行30天和90天的測試，並同時進行導電性監測，探討不同濕熱環境下的機械性質與監測電壓之間的相關性。最後，通過對破斷面的微觀觀察和監測數據的分析，探討電性與破壞之間的關聯性。
實驗結果顯示，在疲勞試驗過程中，電壓變化百分比與液滲脫層面積之間呈現兩種趨勢，並通過微觀觀察揭示了這些趨勢的破壞機制，驗證了電壓變化與接口損傷的相關性，疲勞裂紋的擴展會導致導電路徑中斷，從而形成電壓升高的現象。在特定趨勢下，電阻變化與裂紋擴展之間呈現不同關係，透過掃描電子顯微鏡（SEM）進一步揭示了界面剝離與內部脫層等多重破壞機制。濕熱環境中的電壓監測結果表明，電壓值隨試片浸泡時間增加，且與疲勞壽命具有一定的相關性。SEM觀察試片破斷面發現，在高溫高濕條件下，複合材料基材和搭接劑均出現塑化現象，並因水分侵入濕熱降解形成孔洞；而在高溫低濕條件下，試片則主要呈現脆性斷裂特徵，未見明顯的塑化現象。
總體來說，本研究揭示了濕熱環境對複合材料結構的影響，並指出導電性監測與機械性質之間的關聯。這對理解複合材料在特定環境條件下的性能變化至關重要。然而，仍需進一步研究以解釋濕熱老化、導電性和機械性質之間的複雜關係，以提高對複合材料結構性能的預測和控制，為提升複材結構安全性與使用壽命。（機械系單秋成教授提供）
圖一 利用導電性及螢光液滲透處理監複材膠合接口破壞分析。
圖二 利用導電性監複材膠合接口經濕熱老化後破壞分析。