112 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

粗紡工程把並條機輸出的棉條牽伸成較細的粗紗，並加上少量撚度，使粗紗具有足夠強力，便於捲繞、搬運及供細紗機使用。粗紡機的主要作用是牽伸、加撚與捲繞。

題目所問的「加熱方式及作用原理」，重點在說明粗紡過程中如何將熱能傳給纖維束，以及熱與水分、纖維摩擦和黏結狀態的關係。棉纖維是天然纖維素纖維，不像熱塑性合成纖維般能單靠加熱熔融或熱定形；因此加熱的作用應理解為調節纖維的溫濕與加工狀態，不能寫成將棉纖維熔融定形。

解題方法

依「加熱來源—傳熱方式—加工效果」分項說明，並連結粗紗機的牽伸與成紗要求：

1. 先交代熱能如何產生或供給。
2. 再說明熱量如何傳到棉條或粗紗。
3. 最後說明適度加熱如何影響纖維的水分、柔軟度、摩擦及加工穩定性。

加熱方式及作用原理

一、電熱加熱

以電阻發熱元件產生熱能，可直接加熱接觸部件，或加熱空氣後再送至加工位置。其原理是電流通過電阻時產生焦耳熱，再以傳導或對流傳給纖維束。

電熱方式容易調節溫度與加熱位置，適合局部、連續供熱。實際效果須配合棉條狀態與機台條件控制；溫度過高會使棉纖維乾燥、脆化，增加斷頭或飛花風險。

二、蒸汽或熱水加熱

以蒸汽或熱水作為熱媒，將熱量傳至加熱部件，再經接觸傳導或周圍空氣傳給棉纖維。蒸汽冷凝時會釋出潛熱，因此傳熱效果良好；相較乾熱，也較容易同時影響纖維周遭的濕度。

此方式主要用於調節加工環境與纖維的溫濕狀態。水分會影響棉纖維間的摩擦及纖維集合體的抱合情形，進而影響牽伸控制與粗紗均勻度。

核心觀念

長絲（filament）是連續長度的纖維；短纖（staple）是具有一定長度、需靠加撚或纏結形成紗線的纖維。長絲與短纖複合紡紗，是將兩者在同一紗線結構中組合，使紗線同時具備長絲與短纖紗的特性。

常見結構是芯鞘型複合紗：以長絲作為芯紗，外層由短纖包覆，亦即 core-spun yarn。也可採用長絲包纏短纖紗，或使長絲與短纖在紡紗過程中交纏、混合。核心概念是藉由不同組分的配置，兼取強力、彈性、外觀與手感等性能。

解題方法

可從「結構、性能、應用限制」三方面說明：

1. 先指出組成與配置方式：說明長絲和短纖各自位於紗線的哪個位置，以及如何結合。
2. 再連結各組分的功能：長絲通常提供連續承載與彈性；短纖外層提供較自然的外觀、手感及可選的纖維特性。
3. 最後補充製程與使用上的限制：包覆不均、長絲外露或組分收縮、染色差異，皆會影響成紗品質與布面表現。

複合紡紗的主要特性

一、兼具長絲與短纖紗的優點

長絲連續且不易因纖維端部滑移而失去承載力，可提高紗線的強力與耐磨性；短纖包覆在外，可提供較柔軟、蓬鬆或類似天然纖維紗的手感與外觀。透過選擇不同長絲、短纖種類與比例，也能調整成品的功能及風格。

二、可賦予紗線彈性或特殊功能

核心觀念

Tricot 是經編機的一種。經紗由經軸供應，通常每支導紗針各控制一根紗；織針沿機幅方向排列，各根經紗在織針上形成線圈，並以墊紗運動連結相鄰線圈，構成縱行（wale）與橫列（course）。

作答重點有兩部分：一是畫出主要成圈機件的相對位置，二是依序說明織針與導紗梳的動作，並交代沉降片、壓板及牽拉卷取機構如何配合。Tricot 機常見機型使用鉤針（bearded needle），鉤部須由壓板壓閉；機型也可採複合針，細部成圈動作因針型而異。以下以鉤針式 Tricot 機說明。

機構示意圖

 經紗
 ↓
 導紗梳（guide bar）
 導紗針眼 ○
 ╲
 ╲ 墊紗
 ╲
 壓板（presser） ───┤ ← 壓閉針鉤
 │
 鉤針 ∩
 │
 沉降片（sinker） ──┼── 夾持舊線圈、協助脫圈
 │
 織物 ↓
 牽拉卷取機構

機器全幅有許多織針、沉降片及導紗針。經紗自經軸送至導紗梳，導紗梳的導紗針將紗線引至織針鉤部。沉降片控制織物與舊線圈的位置；壓板配合鉤針閉合，使舊線圈能越過針鉤脫圈；牽拉卷取機構則將新形成的織物持續引離成圈區。

成圈機構與運動方式

Tricot 成圈的關鍵，是織針作上下往復運動，導紗梳作擺動與橫移（墊紗），兩者須按固定時序配合。

1. 織針上升、退圈與清圈 織針上升，舊線圈沿針身向下移動並越過針鉤；針鉤露出後，為下一次成圈做好準備。沉降片配合控制舊線圈位置，避免線圈隨針上升。

2. 導紗梳擺至針前 導紗梳帶著經紗由針的一側擺至另一側，使紗線繞過織針，這段動作稱為墊紗（overlap）。導紗梳的橫向移動稱為橫移（shog），用來決定紗線墊在哪一根針上，並形成不同的組織結構。

核心觀念

本題要比較兩種「牽伸」的目的與作用對象：紡紗牽伸（Drafting）處理的是纖維束或纖維條，紡絲延伸（Drawing）處理的是尚未充分定向的連續長絲。兩者都讓材料沿長度方向伸長、直徑或線密度降低，但材料狀態、牽伸機制及對纖維的影響不同。

牽伸倍數通常表示為輸出速度與輸入速度之比：

在紡紗牽伸中，也可用前羅拉與後羅拉的表面速度比表示；在紡絲延伸中，則可用牽伸區後方與前方的線速度比表示。

解題方法

作答時依序比較加工材料、牽伸方式、纖維結構變化與加工目的。這樣能避免只寫出兩者都會「拉長、變細」的共同點，卻漏掉題目要辨明的原理差異。

原理比較

一、紡紗牽伸（Drafting）

紡紗牽伸是將由短纖維組成的粗纖維條，例如棉條或粗紗，送入牽伸裝置。纖維束受不同表面速度的羅拉控制，前羅拉速度高於後羅拉速度，使纖維束逐步伸長、截面變細，形成較細且均勻的纖維條或粗紗。

牽伸過程中，纖維彼此相對移動：受前羅拉控制的纖維以較高速度前進，尚未被前羅拉握持的纖維則由周圍纖維的摩擦力帶動。羅拉握持點與纖維控制狀態共同決定纖維移動，牽伸須使纖維分布和移動保持穩定，以減少不勻、牽伸波及斷頭。

因此，紡紗牽伸的主要作用是重新分配短纖維在長度方向上的分布，降低纖維束線密度，並改善纖維條的均勻度。其核心不是將單根纖維拉長，而是使纖維在纖維束內彼此相對移動。

二、紡絲延伸（Drawing）

紡絲延伸是將剛紡出的連續長絲加以牽伸。初生絲的分子鏈與微細結構尚未充分沿纖維軸向排列，經由不同速度的羅拉或其他牽伸裝置使長絲在張力下伸長，並伴隨分子鏈及微細結構沿軸向重新排列。

核心觀念

壓吸法（Padding）是將布浸入整理液，再通過一對或數對壓輥，利用壓力排除多餘液體，使整理液均勻浸透並留附於布上的連續式整理方法。整理液可含染料、樹脂、柔軟劑、防水劑、阻燃劑或抗靜電劑等，後續通常接烘乾、焙烘或其他固著程序。

壓吸法的關鍵在於控制布上帶液量（wet pick-up），使整理劑施加量穩定。常用帶液率表示為：

其中 $m_0$ 為乾布重量，$m_1$ 為壓吸後布的重量。若整理液中整理劑濃度為 $C$（以質量分率表示），則每單位乾布所帶整理劑量約為：

因此，整理劑的施加量同時受整理液濃度與帶液率控制。

原理與流程圖

典型壓吸機由整理液槽及一對壓輥組成。布先在整理液中充分潤濕、浸漬，再進入壓輥間隙；壓輥擠出過量整理液，並使液體進一步均勻分布於布內。壓吸後的布再進入烘乾或固著設備。

 布運行方向 →
 ┌──────────────────────┐
 │ 壓輥（上） │
 └──────────┬───────────┘
 │ 壓吸區（nip）
浸漬整理液槽 → 布 → 擠除多餘整理液
~~~~~~~~~~~~~~~~~~│~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
 │ │ │
 │ 壓輥（下） │
 └────────────────────┘
 ↓
 烘乾／焙烘／固著