108 關務特考三等 紡織工程 紡紗學與織布學(包括不織布學) 考古題詳解
第 一 題8 分
假設棉紗之比容為 ,請回答下列問題:
(一) 試推導出紗線直徑 與紗線支數 之關係:
(二) 試推導出紗線撚係數 與紗線撚度()及紗線支數()之關係:
(三) 試說明一般經紗、緯紗、針織用紗及強撚皺紗的撚係數大小之實務應用範圍為何?
登入後即可作答並保存紀錄。
核心觀念
- 英制棉紗支數()的定義與單位換算: 英制棉支係指「重 (磅)之棉紗,其長度有幾個 (碼)」。
- 長度換算:,故 。
- 重量換算:。
- 體積換算:。
-
圓柱體模型與比容(Specific Volume, ): 假設紗線斷面為均勻圓形,直徑為 ,比容 。藉由 棉紗的總長度與斷面積求出總體積,再令其等於質量乘上比容,即可推導出直徑 與支數 的關係。
-
表面撚角(Helix Angle, )與撚係數(Twist Multiplier, ): 將圓柱體紗線表面展開成平面,一撚回軸向長度為 ,圓周長為 。表面纖維撚角滿足 。基於幾何相似性原則,不同粗細的紗線若要具備相同的纖維傾斜應力與表面緊度,其表面撚角 應保持定值,因而衍生出定重制下的撚係數公式 。
-
紗線用途與撚係數之實務配置: 撚係數決定紗線的強力、手感、耐磨性與扭矩(Torque)。實務上依織造加工受力要求與布面風格需求設定不同範圍。
解題方法
(一) 紗線直徑 與紗線支數 關係之推導
-
計算重量為 、支數為 之棉紗長度 :
-
計算該紗線之幾何體積 (以 表示): 假設斷面為圓形,直徑為 ,則體積為:
-
利用比容計算該紗線之實際體積 : 已知紗重 ,比容 : 將體積由 換算為 :
-
聯立兩者求解直徑 : 兩邊開平方根: 得證:
(二) 紗線撚係數 與撚度()及支數()關係之推導
-
表面纖維撚角幾何關係: 將表面纖維螺旋線沿軸向展開,單一撚回(1 turn)的軸向長度為 ,圓周長為 。 表面撚角 與紗線直徑、撚度的關係為:
-
代入直徑與支數關係式: 由第 (一) 小題已知 (其中 為常數),代入上式:
-
引進幾何相似原則與撚係數定義: 欲使不同粗細(不同 )的紗線具備相似的結構外觀、表面緊度與內應力,表面撚角 必須相等,即 。 因 亦為常數,故比值 必為一反映撚角大小之特徵指標。紡織工程上將此比值定義為英制撚係數(Twist Multiplier, ):
第 二 題15 分
試繪製棉紡工程從清花工程至揺紗工程之作業流程圖(含精梳工程),並說明各流程之目的、喂入原料型態及所產出之成品或半成品為何?
登入後即可作答並保存紀錄。
核心觀念
本題評量棉紡紡紗工程中精梳棉紗系統(Combed Cotton Yarn Spinning System)之完整工藝流程、機構機能與產物型態變換。核心知識點涵蓋:
- 開鬆、除雜、梳理與均勻概念:由大棉塊逐步分解至單纖維狀態之漸進梳理原理。
- 精梳準備工程之配置原理:梳棉生條中彎鉤纖維多為「後彎鉤」(Trailing hooks),而精梳機梳理以消除「前彎鉤」(Leading hooks)效果最佳,因此在進入精梳機前須透過奇數次道數與牽伸機制的轉換,使彎鉤方向轉向。
- 精梳工程機能:排除短纖維(提升纖維平均長度)、排除微小棉結(Neps)與雜質、大幅提升纖維平行伸直度。
- 集合體外型變換歷程:塊狀(棉包) 片狀(棉卷) 束狀無撚(棉條) 帶微撚束狀(粗紗) 加撚線狀(管紗) 繞框絞狀(絞紗/漢克紗)。
解題方法
本題為經典公職申論題,得分關鍵在於「流程圖架構嚴謹」與「各製程三要素(目的、餵入型態、產出型態)完整對應」。解題切入點如下:
- 繪製標準線性流程圖:以方塊圖(Block Diagram)明確串聯各道工序,並特別標示出「精梳準備工序」(預併條與條卷)以及「精梳後併條工序」,避免跳步。
- 採用系統化表格式作答:將題目所問之「目的」、「餵入原料型態」、「產出成品或半成品」以結構化表格或條列並行方式呈現,便於閱卷委員逐項核對給分。
- 精準使用紡織專業名詞:明確區分「生條」、「預併條」、「精梳小卷」、「精梳條」、「熟條」、「粗紗」、「管紗」與「絞紗」,展現國家考試專門科目之專業度。
選項分析
本題為國家考試專業科目之申論問答題,並無選擇選項。閱卷之評分環節與失分地雷分析如下:
- 精梳前準備工序之完整性:若僅寫「梳棉 精梳」,漏掉「預併」與「條卷(併卷)」,會因製程不符實際工業生產而遭受重大扣分(精梳機無法直接餵入梳棉生條)。
- 精梳後併條之必要性:精梳產出的精梳條因週期性鉗夾梳理,條乾具有週期性搭接不勻,必須經後道併條改善均整度,不可直接進入粗紗。
- 搖紗工程之定位:搖紗(Reeling)係將管紗(或筒紗)搖成具有固定周長與圈數之「絞紗(Hank/Skein)」,主要用於外銷計重、染色或絲光處理,切勿將其與「絡筒(Winding,捲繞成筒子紗)」混為一談。
解題技巧
- 記憶口訣: 「清、梳、預、卷、梳、併、粗、細、搖」 (清花 梳棉 預併 條卷 精梳 後併 粗紗 細紗 搖紗)。
- 答題加分亮點: 在說明精梳準備工程時,順帶點出「倒置彎鉤方向,有利於精梳錫林排除後彎鉤」之原理,可直接拔高至優等卷成績。
- 捲裝型態與加撚檢驗:
- 無撚階段:棉條(生條、併條、精梳條)。
- 弱撚階段:粗紗(具備微弱真撚,僅足以承受退繞張力而不伸長斷裂)。
- 強撚階段:細紗、絞紗(具備最終使用強力)。
【答案】
一、棉紡精梳紗製程作業流程圖(清花至搖紗)
第 三 題10 分
假設:經紗縮率(),緯紗縮率(),經紗耗損率(),緯紗耗損率(),織造次布(不良)率()。
今欲生產如下規格與數量之梭織物,請計算所需要購買之經紗重量及緯紗重量,分別為多少件紗?
織物規格:
登入後即可作答並保存紀錄。
核心觀念
本題評量織布工程中「用紗量計算(Yarn Requirement Calculation)」的綜合應用能力,涉及織物規格解讀、定重制支數長度換算、紗線織縮率、製程耗損、不良品預留率,以及台灣紡織業標準計量單位之轉換。
- 織物規格解讀:
- 英制棉支(Ne)定義: 屬於「定重制」,公定回潮率下重 (磅)之紗線長度若為 (碼),即為 支紗()。
- 商業包裝單位「件(Bale)」: 依台灣紡織產業界與國家考試標準規範,(磅)(即 ,)。
- 織造工程係數:
- 織縮率():紗線交織起伏後,布長(或布幅)小於原紗長之比率。
- 耗損率():整經、漿紗、穿結經及織造過程中的紗線損耗比率。
- 次布(不良)率():因織瑕導致非合格品,需額外增投之胚布比率。
解題方法
計算分為四個階段:求基礎理論長度與淨重、整合製程加成率、計算總需紗重(磅)、換算為件數。
一、基礎理論紗長與理論淨重計算(不計縮率、耗損與不良)
- 經紗基礎理論重():
- 總經根數
- 理論經紗總長度
- 理論經紗重量:
- 對應件數:
- 緯紗基礎理論重():
- 總緯數
- 每一緯理論長度為布幅
- 理論緯紗總長度 (註:緯密與每碼 36 吋常數相消,總長度即為 )
- 理論緯紗重量:
- 對應件數:
二、考量縮率、耗損率與次布率之計算
公職考試評閱中,依不同紡織工程教材,係數整合主要有「工程線性加總法」與「連乘放大法」兩種規範。本題數據經出題委員精心設計,在「工程線性加總法」下緯紗剛好能整除為整數,顯示此為命題標準依據;為求完備,兩者並列推導。
【標準解法:工程線性加總法(綜合加成率法)】
實務工程計算將織縮率 、耗損率 與次布率 統一以成品基礎為基準進行線性相加,綜合加成係數為 。
第 四 題8 分
欲以 上 下斜紋為基礎設計織製一網形斜紋(Entwining Twill Weave),其同方向之斜紋線條數為 條,試繪製此網形斜紋之:
(一) 組織圖(一完全組織)。
(二) 穿綜圖(使用最少綜框數)。
(三) 紋板圖。
登入後即可作答並保存紀錄。
核心觀念
- 網形斜紋(Entwining Twill Weave,又稱互鎖斜紋、網狀斜紋)之定義與特徵:
- 網形斜紋屬於斜紋組織之變化組織,以同面平均斜紋(如 、、 等)為基礎。
- 由兩組走向相反的斜紋線(右斜 與左斜 )交錯配列而成,外觀呈現網狀互鎖或互相穿插纏繞的幾何花紋。
- 為使組織交界處清晰且組織點平衡,相反方向之斜紋線在相交處通常採用對接(Cutting)方式相遇,即經浮點(組織點)與緯浮點相互截斷,形成分明的幾何邊界。
- 完全組織循環數()計算公式: 設基礎斜紋組織循環數為 (本題為 上 下斜紋,,故 )。 同方向之斜紋線條數為 條。
- 國家考試標準手繪題型定義:全組織由 4 個對稱象限(四等分區)構成,左上與右下象限為右斜( 斜紋,共 2 條線),右上與左下象限為左斜( 斜紋,共 2 條線)。此時各象限寬度等於基礎組織循環數 ,完全組織循環數為:
- 備註(學理進階定義):若題目語意採英美織物設計經典(Watson's / Nisbet)之「每個斜紋帶各自平行排列 條線(全組織共 條同向線)」,則每象限寬度為 ,全組織為 根。但在國考限時作答與歷屆命題慣例中,本題標準解法以 為定案主解。
- 穿綜圖(Drawing-in Draft)與最少綜框數判定:
- 穿綜原則:凡經紗交織運動規律完全相同者,可穿入同一頁綜框;運動規律相異者,必須分別穿入不同綜框。
- 最少綜框數等於一個完全組織中「相異之經紗運動規律總數」。
- 紋板圖(Peg Plan / Lifting Plan)之對應:
- 紋板圖橫向每一格代表一頁綜框,縱向代表各緯紗之開口提升狀態。紋板圖之寬度等於綜框數,高度等於緯紗循環數()。
解題方法
步驟一:決定完全組織大小
基礎組織為 斜紋,其循環數 。 同方向斜紋線條數為 條(右斜 走向 2 條,左斜 走向 2 條),配置於四個象限中,每象限各含 1 條斜紋線。 故一完全組織之經紗數 與緯紗數 為: 建立一個 的方格圖,並以中央虛線四等分為四個 區域:
- 左上象限(經 、緯 ):配置右斜 ()。
- 右下象限(經 、緯 ):配置右斜 ()。
- 右上象限(經 、緯 ):配置左斜 ()。
- 左下象限(經 、緯 ):配置左斜 ()。
步驟二:繪製組織圖(一完全組織)
為使邊界對接互鎖(Cutting),各分區邊界相鄰之組織點需互為反相(經組織點對應緯組織點):
- 左上象限( 斜):填入 斜紋。
- 右上象限( 斜):在垂直分界處(經紗 6 與 7 間),經紗 7 之組織點與經紗 6 反相對稱,填入 斜紋。
- 左下象限( 斜):在水平分界處(緯紗 6 與 7 間),緯紗 6 之組織點與緯紗 7 反相對稱,填入 斜紋。
- 右下象限( 斜):填入 斜紋,使其與相鄰兩區完美對接互鎖。
步驟三:分析經紗沈浮規律以求穿綜圖
逐一比對 12 根經紗的沉浮運動規律( 為經組織點/經浮, 為緯組織點/緯浮):
- 經紗 1:
■ ■ □ □ □ ■ □ 1 1 1 □ □(自第 12 緯至第 1 緯) - 經紗 2:
■ □ □ □ ■ ■ □ □ 1 1 1 □ - 經紗 3:
□ □ □ ■ ■ ■ □ □ □ 1 1 1 - 經紗 4:
□ □ ■ ■ ■ □ 1 □ □ □ 1 1 - 經紗 5:
□ ■ ■ ■ □ □ 1 1 □ □ □ 1 - 經紗 6:
■ ■ ■ □ □ □ 1 1 1 □ □ □
再比對經紗 之運動規律:
- 經紗 7 與 經紗 3 完全相同:穿入第 3 頁綜框。
- 經紗 8 與 經紗 2 完全相同:穿入第 2 頁綜框。
- 經紗 9 與 經紗 1 完全相同:穿入第 1 頁綜框。
第 五 題5 分
試繪圖說明下列三個緯編針織之相關題項:
(一) 開舌掛針針法(Tuck Stitch/Latch Opened),其三角(Cam)作用織針之動作原理。
(二) 閉舌掛針針法(Tuck Stitch/Latch Closed),其三角(Cam)作用織針之動作原理。
(三) 請繪製掛針針法之結構圖、組織圖及編程圖。
登入後即可作答並保存紀錄。
核心觀念
本題考查緯編針織學(Weft Knitting)中基本針法之一——掛針(Tuck Stitch,又稱集圈或吊目)的機構運動學與織物幾何結構。核心觀念涵蓋:
- 成圈三要素與掛針定義:緯編針織以成圈(Knit)、掛針(Tuck)、浮線(Float/Miss)為三種基本組織單元。掛針係指織針在該編織橫列中只引進新紗線而不脫出舊線圈,使新舊紗線同時滯留於針上,直至次一或後續成圈橫列才一併脫圈釋放的針法。
- 舌針(Latch Needle)與三角(Cam)作用原理:舌針包含針鉤(Hook)、針舌(Latch)、針舌軸銷(Rivet)、針桿(Stem)與針踵(Butt)。成圈三角系統藉由導引針踵上下位移,控制織針上升高度與下降時序。
- 退圈高度與針舌狀態控制:
- 完全退圈高度(Clearing Height):舊線圈越過張開的針舌尖端滑落至針桿,下降時必發生關閉針舌與脫圈(成圈)。
- 集圈高度(Tuck Height,半退圈高度):舊線圈推開針舌,但受限於上升幅度,舊線圈停留在張開的針舌葉片上(開舌掛針)。
- 閉舌集圈控制:使針舌在上升或墊紗過程中維持閉合,新紗墊於閉合針舌外部(閉舌掛針)。
- 針織三大工程圖示法:
- 結構圖(Loop Structure Diagram):線圈與集圈懸弧在三維空間中的咬合與交織幾何形態。
- 組織圖(Notation/Design Diagram):以國際通用意匠符號記錄成圈、掛針、浮線之網格點陣。
- 編程圖(Knitting/Cam Program):各路(Feeder/Course)導紗器與針床織針(Needle/Wale)對應之三角動作指令圖。
解題方法
本題為純專業申論與工程繪圖題,解答採取「機構幾何位移剖析」結合「纖維路徑繪圖法」:
- 題項 (一) 開舌掛針:以針踵沿三角軌道的位移線圖,對照舌針針舌之相對開閉狀態,詳細說明「半退圈」行程如何使舊線圈滯留於針舌葉片上,達成不脫圈而受新紗之動作。
- 題項 (二) 閉舌掛針:分析如何利用閉舌構件或特殊低升程三角,使針舌鎖閉舊線圈,將新紗承托於閉合針舌外側,達成相同的不脫圈集圈效果。
- 題項 (三) 三圖繪製:選取最標準之「單面平針 單針單列掛針」為範例,精確繪製線圈結構圖、符號組織圖及三角編程圖,並標註圈柱(Wale)與橫列(Course)。
選項分析
本題非選擇題,屬國家考試之技術申論題。各小題之關鍵答題內涵與評分重點解析如下:
- 第 (一) 小題:評分核心在於有無繪出「集圈三角(Tuck Cam)」作用於針踵使織針升至「半退圈高度」的位移軌跡,並精準點出舊線圈落在「張開之針舌葉片上(未滑至針桿)」此一關鍵動作。
- 第 (二) 小題:評分核心在於說明針舌如何處於閉合狀態(利用閉舌器或超低升程未開舌),以及新紗線被放置在「閉合針舌背部/外側」而非進入針鉤內,下降時舊線圈鎖於鉤內不脫圈的力學原理。
- 第 (三) 小題:評分核心在於三種工程圖繪製的規範性:結構圖須清楚辨識「滯留線圈(Held Loop)」與「懸弧(Tuck Loop)」之交織關係;組織圖符號須標準(成圈為 、掛針為 或 );編程圖須與前述兩圖之橫列與針號完全吻合。
申論詳解與繪圖
(一) 開舌掛針針法(Tuck Stitch / Latch Opened)之三角作用與動作原理
開舌掛針是緯編機中最普遍的集圈方式。織針由專門的「集圈三角(Tuck Cam)」導引,其上升高度嚴格控制在「半退圈高度」。
【開舌掛針 三角軌跡與織針動作示意圖】
高度 (Height)
^
| [成圈完全退圈高度 Clearing Height] ---------------------------
| /\
| / \ (成圈軌跡)
| [集圈高度] /----\----------------------------------------------
| Tuck / \
| / /\ \
| / / \ \ [墊紗 Yarn Feeding]
| / / \ \ * (導紗器)
| / / \ \ / \
| / / [集圈] \ \ / \ [壓針三角 Stitch Cam]
| / / 三角 \ \ / \
| ---------/---/------------\---v-------\-------------------------------
| [走針軌跡/浮線高度 Miss] \ / [出針托板]
| \ /
| \--/ [拉圈最低點 Knock-over]
+------------------------------------------------------------------------>
階段: 1.初始 2.上升半退圈 3.墊新紗 4.下降拉圈(不脫圈)
動作原理說明:
- 初始狀態(階段 1):織針停留在浮線高度軌道,針舌呈自然開啟或半開狀態,前一路所形成的舊線圈(Held Loop)懸掛在針鉤(Hook)內部。
- 受三角導引上升至集圈高度(階段 2):織針針踵接觸「集圈三角(Tuck Cam)」,被推升至集圈高度(Tuck Height)。此高度低於完全退圈高度:
- 舊線圈因重力與牽拉機構向下阻拉,沿著針桿相對向下滑動,將針舌推開並展平(Latch Opened)。
- 關鍵點:織針上升行程在此終止,舊線圈停留在張開的針舌葉片(Latch Blade)上,絕不滑落越過針舌頂端至針桿(Stem)。
- 墊紗(階段 3):導紗器(Yarn Carrier)將新紗線餵入敞開的針鉤之內。
- 下降與不脫圈(階段 4):針踵進入壓針三角(Stitch Cam)導槽,織針被向下牽拉。
- 由於舊線圈始終位於針舌轉軸之上,織針下降時,舊線圈只會順著開啟的針舌重新滑回針鉤內,無法自針舌背後將針舌向上翻轉閉合。
- 針舌保持開啟或被舊線圈頂住,舊線圈與新引入之新紗線(形成集圈懸弧)一同滯留於針鉤內,不發生套圈與脫圈(No Knock-over)。
(二) 閉舌掛針針法(Tuck Stitch / Latch Closed)之三角作用與動作原理
閉舌掛針係利用輔助閉舌構件(如閉舌毛刷、閉舌導板)或特殊的微升程起針三角,在織針與新紗相遇時,使針舌維持在完全覆蓋針鉤的閉合狀態(Latch Closed)。
【閉舌掛針 織針與線圈動作剖面示意圖】
[步驟 1:微升且閉舌] [步驟 2:墊新紗於閉舌外] [步驟 3:下降牽拉形成懸弧]
___ ___ ___
/ \ 針鉤 / \ 針鉤 / \
| O | 舊線圈 | O | 舊線圈 | O | 舊線圈
| | | 閉鎖在鉤內 | | | (閉鎖鉤內) | | | (未脫圈)
| / | 針舌閉合 | / | 針舌閉合 | / |
| / | (Latch Closed) | / * | <---新紗墊放於外側 | / |
|/ | |/ | |/ * | <---新紗懸弧
| | | | | | 滯留外側
| | 針桿 | | | |
動作原理說明:
- 閉舌與微升作用(步驟 1):
- 織針在前一橫列脫圈後,針舌受舊線圈翻轉而關閉,或由機台上的閉舌刷(Latch-closing Brush)將針舌關閉。
第 六 題15 分
試說明不織布之主要特點(競爭優勢)五點及產品應用類別十項,以及每一類別至少列舉一項產品名稱。
登入後即可作答並保存紀錄。
核心觀念
本題旨在評量考生對「不織布(Nonwoven Fabrics)」製程特徵、產業競爭優勢及多元化終端應用的掌握程度。
- 定義與製程本質:依據國際標準(如 ISO 9092 及 INDA/EDANA 定義),不織布為非經傳統紡紗、梭織(Weaving)或針織(Knitting)之交織程序,直接由纖維方向性或隨機排列形成纖網(Web),並藉由機械摩擦、化學黏合或熱熔等物理/化學方式固結而成之片狀結構。
- 競爭優勢核心:相較於傳統織物,不織布省去了「粗紗、細紗、絡筒、整經、穿綜」等繁瑣耗時之前置工序,具備高產速、低工時、結構與厚薄可調性高、複合加工容易等本質優勢。
- 應用覆蓋面:橫跨低單價、大批量之一次性拋棄型(Disposable)耗材,至高附加價值、技術密集的耐久型(Durable)工程與高科技材料。
解題方法
本題為標準的條列式申論題,答題策略應採「架構清晰、論述紮實、實例具體」:
- 特點(競爭優勢)五點:從「製程與產速」、「原料彈性」、「物性調控與孔隙結構」、「複合加工性」、「生產成本與拋棄式衛生效益」五大維度切入,並對照傳統紡織技術以凸顯其「競爭」優勢。
- 產品應用十項類別與產品:依據 INDA/EDANA 與全球不織布產業通用分類法,劃分出十個彼此獨立且不重疊的工業與民生領域,並在每一類別中列舉一至二項具體商品名稱及主要成形特徵。
選項分析
本題為非選擇題(問答申論題),無選項可供拆解分析。考生作答時應注意維持十項類別之獨立性,避免將同質性過高者拆分為二(例如避免將「嬰兒紙尿褲」與「衛生棉」拆成兩大獨立類別,兩者皆屬於「衛生用品類」)。
解題技巧
- 十項類別記憶口訣:可記「衛、醫、濾、土、車;家、服、擦、農、工」。
- 衛(衛生用品)、醫(醫療防護)、濾(過濾材料)、土(土木地工)、車(交通運輸/汽車用布)。
- 家(家居裝潢)、服(服裝副料/鞋材)、擦(清潔擦拭)、農(農業園藝)、工(工業建築)。
- 避開失分陷阱:
- 寫產品名稱時,切勿填寫「加工技術」或「聚合物原料」(例如寫「熔噴布」、「PP 布」均非最終產品名稱;正確寫法為「N95 口罩過濾中層」或「育苗防霜覆蓋布」)。
- 優勢論述不可單寫「便宜」、「很快」等過於簡略的字眼,應補足工藝機理(如:產速達每分鐘數百公尺、省去紡紗織造前置工序)。
【答案】
一、不織布之主要特點(競爭優勢)五點
-
製程流程極短、生產速度極高 傳統紡織品必須經過紡紗(梳棉、精梳、併條、粗紗、細紗)、絡筒、整經、漿紗、穿綜等數十道繁瑣工序方能織造成布。不織布直接由聚合物顆粒或短纖維「成網即成布」,每分鐘產速可達數十至數百公尺以上,生產週期顯著縮短,具備極強的交期優勢。
-
原料適應性極廣、配方自由度高 可廣泛使用天然纖維(棉、木漿、麻)、合成纖維(PP、PET、PA、PE)、再生纖維(嫘縈、Lyocell)、無機纖維(玻璃纖維、碳纖維)乃至回收再生材料。亦可利用皮芯型(Sheath-Core)、並列型(Side-by-Side)等雙成分複合纖維(Bicomponent fibers),賦予產品多元材料特性。
-
微觀結構與物性具高度可工程化調控性 不織布具備隨機或定向排列的三維網狀孔隙結構。透過成網(梳理、氣流成網、紡粘、熔噴)與固結(針軋、水針、熱壓、化學黏合)製程參數之調整,產品厚度可在數十微米至數公分間精準控制,孔隙率、透氣度、吸液率、過濾精度、拉伸強度等機能均可量身定制。