109 關務特考三等 紡織工程 紡織機械學（包括應用原理、設備流程） 考古題詳解

核心觀念

本題考查噴氣式紡紗的纖維輸送、假撚作用與包纏成紗機制，並要求辨認其成紗結構和環錠紗的差異。答題時須交代：牽伸後的纖維束如何進入噴嘴、壓縮空氣如何使纖維運動，以及纖維如何形成具有強力的紗線。

以下以常見的噴氣式紡紗（Air-jet spinning，Murata 型）​說明。此法不是由錠翼直接把真撚加到整束纖維上，而是利用噴流造成纖維端部的旋轉與包纏，形成「芯部纖維加外層包纏纖維」的紗體結構。

紡紗機構與原理

機構示意

 纖維條
 │
 ▼
┌──────────┐ 牽伸後纖維束
│ 牽伸裝置 │─────────────────────┐
└──────────┘ ▼
 ┌────────────┐
壓縮空氣 ────────────────▶ │ 噴氣紡紗噴嘴 │
 │ 纖維端部旋轉 │
 └─────┬──────┘
 │
 芯部纖維＋外層包纏纖維
 │
 ▼
 ┌──────────┐
 │ 輸出羅拉 │
 └────┬─────┘
 │
 ▼
 卷繞成筒子紗

成紗過程

1. 牽伸與纖維束形成 纖維條經牽伸裝置拉細、平行化，形成細長纖維束。纖維束由輸出羅拉控制，以穩定速度送入紡紗噴嘴。

2. 噴流使纖維端部旋轉 壓縮空氣由噴嘴切向噴入，在噴嘴內形成高速旋轉氣流。纖維束通過噴嘴時，部分纖維端部受到氣流作用而游離、張開並旋轉。

3. 游離纖維端包纏纖維束 纖維束中仍受到控制、較為平行的纖維形成芯部；游離纖維端則在氣流作用下繞到芯部外圍，形成螺旋狀或帶狀包纏。芯部纖維提供主要的軸向承載，外層包纏纖維則束緊芯部並提供成紗所需的結構穩定性。

4. 輸出與卷繞 成紗由輸出羅拉牽引離開噴嘴，再由卷繞裝置形成筒子紗。紗線強力主要來自芯部纖維的連續性，以及包纏纖維對芯部的束縛作用。

成紗橫截面概念圖 成紗表面概念圖

 包纏纖維 ／／／／
 ┌─────────┐ ───芯部纖維───
 │ ● ● ● │ ＼＼＼＼
 │ ● 芯部 ● │
 │ ● ● ● │
 └─────────┘

圖中芯部纖維大致沿紗軸排列，外圍纖維則包覆芯部；此圖為結構示意，實際包纏形態會隨噴嘴設計、纖維性質與製程條件而變化。

核心觀念

織機的投緯機構，須在經紗形成的梭口（shed）開啟時，將緯紗由布幅一側送至另一側；緯紗到達後，梭口閉合，鋼筘（reed）將緯紗打向織口，完成交織。

本題比較四種無梭織機的投緯方式。作答時，應交代各自的引緯元件、動力或介質、緯紗如何通過梭口，以及到達布幅另一側後如何處理。

解題方法

先以織機共同流程定位投緯時機，再依照「元件如何把緯紗送過梭口」分類：

1. 劍梭緯入：以劍桿上的夾持器送紗。
2. 片梭緯入：以高速運動的片梭夾持並攜帶緯紗。
3. 噴氣緯入：以壓縮空氣的氣流牽引緯紗。
4. 噴水緯入：以水流的動量牽引緯紗。

以下以「左側為供紗側、右側為接收側」表示梭口中的引緯方向。

1. 劍梭緯入（Rapier insertion）

供紗側 接收側
緯紗筒 → 緯紗 → [左劍桿／夾持器] ──梭口──→ [右劍桿／夾持器]
 引緯方向 →

劍桿沿著梭口往復運動，劍頭上的夾持器夾住緯紗，將緯紗帶入梭口並送向布幅另一側。常見配置分為：

• 單劍式（single rapier）：一支劍桿將緯紗送過整個布幅，到達另一側後交紗或由接收端夾持。
• 雙劍式（double rapier）：送紗劍在梭口中將緯紗交給接紗劍，再由接紗劍帶至另一側。

雙劍交接可使緯紗不必由同一支劍桿跨越整個布幅。劍桿可為剛性或柔性，適用紗種與布幅範圍較廣，投緯時不需大型飛梭。

2. 片梭緯入（Gripper insertion）

供紗側 接收側
緯紗筒 → 緯紗 → [片梭夾住緯紗] ──梭口──→ [接梭／制動與回收]
 高速飛行 →

片梭是帶有夾持機構的小型投緯體。投緯時，片梭夾住緯紗，由投梭機構賦予速度，使其穿過梭口；抵達另一側後，片梭減速、受控制動並回收，緯紗則留在織口。完成一次引緯後，片梭返回供紗側，供下一次投緯使用。

片梭本身承受高速運動，需有投梭、導引、制動及回送機構。其主要特徵是片梭攜紗穿過梭口，並在到達後回收再用。

3. 噴氣緯入（Air-jet insertion）

核心觀念

本題考查緯編舌針如何把新紗線拉成新線圈，並使舊線圈脫離針鉤、成為新線圈的一部分。舌針主要由針鉤、可轉動的針舌及針身構成；針在針槽內上下移動，舊線圈與新紗線相對於針的位置變化，使針舌開閉並完成成圈。

五步驟常整理為：退圈、墊紗、閉口、脫圈（成圈）、牽拉與握持。不同教材可能把相鄰動作合併為四階段或細分為更多階段；考場作答時，應清楚交代舊線圈、新紗線與針舌在各階段的相對位置。

解題方法

以舊線圈的移動及針舌開閉作為作圖主線：針先上升使舊線圈退到針身並打開針舌，接著針下降接受新紗線；舊線圈推合針舌後越過針鉤，新紗線被拉過舊線圈形成新線圈，最後由針身牽拉並握持新線圈，進入下一循環。

五大步驟與示意圖

圖中「舊圈」為前一循環已形成的線圈，「新紗」為本循環送入的紗線。箭頭表示針的運動方向。

① 退圈 ② 墊紗 ③ 閉口
 ∩ ←針鉤 ∩ ←新紗 ∩ ←新紗
 │╲ 針舌開 │╲ 針舌開 │╲ 針舌合
舊圈○│ 舊圈○│ 舊圈○│
 │ │ │
 ↑針上升 ↓針下降 ↓針下降

④ 脫圈、成圈 ⑤ 牽拉、握持
 ∩ ←新紗 ∩
舊圈○╲ 越過針鉤 新圈○│ 由針身握持
 │ │
 ↓針下降 ↓牽拉完成

① 退圈（clearing） 針向上升至退圈位置，舊線圈沿針身上移，越過針舌轉軸並滑到針身上，使針鉤空出。針舌因此被舊線圈推開，呈開啟狀態，為接受新紗線作準備。

核心觀念

紡黏不織布（Spunbond）是將熱塑性高分子直接紡絲、牽伸，並在移動成網網帶上鋪成連續長絲網，再使纖維網結合的製程。其主要特徵是紡絲與成網連續銜接，纖維通常為連續長絲，而非先製成短纖維再梳理成網。

本題重點有二：

1. 說明長絲如何從噴絲孔形成，經冷卻、牽伸後鋪成纖維網。
2. 說明纖維網形成後，如何藉由熱、化學或機械方式結合，使纖維網具有所需的強度與完整性。

解題方法

作答時依製程順序說明，並配合設備流程圖呈現：

高分子熔融 → 噴絲成絲 → 冷卻 → 氣流牽伸 → 鋪網成網 → 纖維結合 → 卷取

紡黏成網機構原理

高分子切片
 │
 ▼
熔融擠壓機 ── 熔體計量泵
 │
 ▼
紡絲箱體／噴絲板
（多孔噴絲孔形成連續長絲）
 │
 ▼
冷卻風室
（使長絲冷卻、固化）
 │
 ▼
牽伸器
（高速氣流牽伸長絲，使其變細）
 │
 ▼
擴散器／擴散噴嘴
（降低氣流速度，使長絲散開）
 │
 ▼
移動多孔成網網帶 ─────────►
 ▲
 │
 抽吸風箱
（抽走氣流，使長絲沉積成網）
 │
 ▼
纖維網結合設備
（熱軋、熱風、超音波等）
 │
 ▼
卷取

各階段作用

1. 熔融與供料：熱塑性高分子切片經擠壓機加熱熔融，再由計量泵穩定輸送至紡絲箱體。
2. 噴絲成絲：熔體經噴絲板上的多個噴絲孔擠出，形成多股連續長絲。
3. 冷卻固化：冷卻風使熔融長絲降溫固化，維持連續絲條形態。
4. 牽伸變細：牽伸器利用高速氣流拉伸長絲，使絲徑降低，並提升纖維的取向與強度。
5. 擴散與鋪網：長絲經擴散器分散後，隨氣流落至移動的多孔網帶；網帶下方的抽吸風箱將氣流抽走，使長絲沉積成纖維網。長絲在網帶上的排列通常呈隨機或近隨機分布。
6. 成網後結合：纖維網經過結合設備，使交疊纖維固定，形成可搬運及使用的不織布。

成網後的結合方法

核心觀念

本題考查二氧化碳超臨界流體染色的超臨界狀態、染料溶解與傳質，以及染料由流體進入纖維的機構。作答時應以圖示呈現染色系統的循環流程，再說明染料如何溶入超臨界二氧化碳、被帶至纖維表面，並擴散進入纖維。

二氧化碳的臨界溫度約為 $31.1^\circ\mathrm{C}$，臨界壓力約為 $7.38\ \mathrm{MPa}$。溫度與壓力均高於臨界值時，二氧化碳成為超臨界流體，兼具類似氣體的高擴散性與類似液體的溶解能力。染色通常以適合的疏水性分散染料染聚酯纖維為例說明。

解題方法與染色機構

先畫出「高壓循環系統」，再依序交代染料溶解、流體輸送、纖維內擴散及降壓回收。示意圖如下：

 加熱器
 ↓
┌─────────┐ ┌────────────┐ ┌───────────┐
│ CO₂儲槽 │ → │ 高壓泵／壓縮機 │ → │ 染料溶解槽 │
└─────────┘ └────────────┘ └─────┬─────┘
 ↑ │ 超臨界 CO₂
 │ ↓
┌──────┴──────┐ ┌────────────┐ ┌─────┴─────┐
│ 冷卻／冷凝回收 │ ← │ 分離器／降壓閥 │ ← │ 染色槽（纖維）│
└─────────────┘ └────────────┘ └───────────┘

1. 建立超臨界狀態：​二氧化碳由儲槽送出，經泵或壓縮機升壓，再加熱至臨界點以上，使其成為超臨界流體。
2. 染料溶解與輸送：​超臨界二氧化碳在染料溶解槽中溶解適當染料，形成含染料的流體；