115 關務特考三等 紡織工程(選試英文) 紡紗學與織布學（包括不織布學） 考古題詳解

核心觀念

併條工程（draw frame）是棉紡工程中，將數根梳棉條或前道棉條併合，再經牽伸，使纖維條均勻化並改善纖維排列的製程。題目考查兩部分：併條的工藝目的，以及在各根棉條粗細不勻彼此獨立時，併合與牽伸對棉條粗細標準偏差的理論影響。

（一）併條工程的目的

1. 改善棉條均勻度：數根棉條併合後，以牽伸使各根棉條不同位置的粗細差異相互平均，降低條子長片段粗細不勻。
2. 改善纖維平行度與伸直度：牽伸使纖維進一步伸直、平行，減少彎鉤與纖維紊亂。
3. 混合纖維：將不同來源、批次或性質的棉條併合，使纖維充分混合，提升成紗品質穩定性。
4. 調整棉條定量：透過併合條數與牽伸倍數的配合，將棉條調整至後續製程所需的定量與粗細。
5. 降低棉條的隨機不勻：不同棉條的不勻若彼此獨立，併合後再牽伸，可使局部粗細波動平均化，減少不勻程度。

併條機主要以羅拉牽伸機構控制纖維條的牽伸；併入多根棉條後，纖維在牽伸區中被重新排列、伸直並混合。

（二）併合後經 $n$ 倍牽伸的標準偏差

令第 $i$ 根棉條的粗細變動為 $X_i$，各棉條的標準偏差均為 $\sigma_1$。併合 $n$ 根後，再作 $n$ 倍牽伸，理想上相當於取各根棉條粗細的平均值：

$$X=\frac{X_1+X_2+\cdots+X_n}{n}$$

假設各根棉條的粗細變動彼此獨立，則平均值的變異數為：

核心觀念

本題比較四種無梭織機的引緯媒介與引緯機構，再由引緯方式推論其速度與適織紗線。剛性劍桿與撓性劍桿都以機械式劍桿夾持、傳送緯紗；噴氣與噴水織機則分別以壓縮空氣與高速水流帶動緯紗。

速度會受工作幅寬、織物組織、紗線規格、機型及年代影響，以下列出一般教科書與產業常用的概略範圍。此處「織造速度」以織機每分鐘轉數或每分鐘引緯數表示；單色織造時，通常每一轉完成一緯，兩者數值近似。

解題方法

依序比較「誰抓住或帶動緯紗」、「引緯機構的往復負荷」及「紗線是否能被機械夾持或被流體穩定帶過梭口」。機械式劍桿能直接控制緯紗，因此適用範圍廣但速度受往復運動限制；流體式織機活動構件較少，速度較高，但紗線必須符合流體傳送條件。

（一）投緯原理差異

1. 剛性劍桿織機（Rigid-rapier loom）

以剛性金屬桿或複合材料桿作為劍桿，劍頭裝有夾持裝置。常見雙劍桿系統由送緯劍桿（giver）夾持緯紗，自織機一側進入梭口；至中央交接區後，將緯紗交給接緯劍桿（taker），再由接緯劍桿帶至另一側。

剛性劍桿在梭口內作往復運動，需有空間容納伸出及回退的桿體，優點是傳送穩定、夾持力明確，適於較重或較粗的緯紗。

2. 撓性劍桿織機（Flexible-rapier loom）

原理與剛性劍桿相同，也是由劍頭夾持緯紗；差別在於劍桿為可彎曲的鋼帶或撓性帶，通常由驅動輪帶動進出梭口。雙劍桿系統同樣在梭口中央交接緯紗。

撓性劍桿可在機身內彎曲收納，所需側邊空間較小，因此適用於較寬幅織機；但劍帶在往復運動中會承受彎曲與拉伸負荷。

3. 噴氣織機（Air-jet loom）

以主噴嘴噴出高速壓縮空氣，將緯紗送入梭口；幅寬較大時，沿筘配置輔助噴嘴或接力噴嘴，持續推送及控制緯紗，使其通過整個梭口。緯紗通常由供紗裝置定長並受控，抵達另一側後由剪刀剪斷。

其投緯不需劍桿夾持或隨緯紗穿越梭口的實體載具，故可達較高速度；但空氣流需能穩定牽引緯紗。

4. 噴水織機（Water-jet loom）

以泵浦加壓後，由噴嘴射出高速水流，利用水流牽引緯紗穿過梭口。緯紗抵達另一側後剪斷。與噴氣織機相似，水流代替機械載具；其投緯通常仰賴緯紗表面與水流間的摩擦拖曳。

噴水織機的水流牽引力強、引緯效率高，但織造過程會使紗線與織物沾水，適用範圍因而受到纖維吸水性的限制。

（二）織造速度範圍與排列

下列為一般概略值，實際機速依幅寬、織物與設備設計而異：

織機種類	概略速度（轉／分）
剛性劍桿織機	約 200–350
撓性劍桿織機	約 250–450
噴氣織機	約 600–1,200
噴水織機	約 600–1,000

概略速度由快至慢可寫為：

$$\text{噴氣織機} \gtrsim \text{噴水織機} > \text{撓性劍桿織機} > \text{剛性劍桿織機}$$

噴氣與噴水織機的速度範圍可能重疊；一般比較時，噴氣織機常列為速度最高，噴水織機次之。劍桿織機中，撓性劍桿機型通常可比剛性劍桿達到較高速度，但機種與織物條件會影響實際結果。

**判斷原因：**劍桿必須往復進出梭口，移動件的慣性與機械負荷限制速度；噴氣、噴水織機以流體帶動緯紗，減少大型往復載具的負荷，因此通常較快。

（三）紗線適織性差異

核心觀念

布重（GSM）是每平方公尺針織物的紗線質量。平針布每一線圈由一段長度為 $\ell$ 的紗線構成，因此可用「單位面積內的線圈數 × 每個線圈所含紗線質量」推導布重。

橫列密度 CPI 表示每英吋的橫列數，直行密度 WPI 表示每英吋的直行數。兩者相乘，即為每平方英吋的線圈數：

$$N_{\text{loop}}=\mathrm{CPI}\times\mathrm{WPI} \quad(\text{線圈／in}^2)$$

解題方法與公式推導

先換算單位面積內的線圈數。因為 $1\,\mathrm{m}=39.3701\,\mathrm{in}$，所以：

$$N_{\text{loop,m}^2} =\mathrm{CPI}\times\mathrm{WPI}\times(39.3701)^2 \quad(\text{線圈／m}^2)$$

紗線線密度以 Tex 表示，即每 $1000\,\mathrm{m}$ 紗線的質量為 Tex 克。每個線圈用紗長度為 $\ell$ mm，因此每個線圈的紗線質量為：

$$m_{\text{loop}} =\mathrm{Tex}\times\frac{\ell}{1{,}000{,}000} \quad(\mathrm{g／線圈})$$

將每平方公尺的線圈數乘上每個線圈的紗線質量，可得：

$$\begin{aligned} \mathrm{GSM} &=\mathrm{CPI}\times\mathrm{WPI}\times(39.3701)^2 \times\mathrm{Tex}\times\frac{\ell}{1{,}000{,}000}\\ &\approx 0.00155\times\mathrm{CPI}\times\mathrm{WPI} \times\ell\times\mathrm{Tex} \end{aligned}$$

核心觀念

本題考查不織布的原料型態、製程階段與成網後的結合方法。作答時要先說明不織布由纖維或長絲形成纖維網，再經結合或互鎖使纖維網具備一定強度與布狀結構；接著依結合原理列舉梳棉成網後可製成的不織布種類。

解題方法

不織布製程可概括為「原料選擇 → 纖維網形成 → 纖維網結合 → 後整理」。題目已指定「經由梳棉成網後」，因此原料已經過梳理並形成纖維網；本題重點在第三階段，也就是採用不同方式使纖維網結合成布。

「不織」是指不以經緯紗交織的方式形成布面，並非完全不使用機械加工。纖維網可藉機械、熱、化學或溶劑作用結合；部分製程會結合兩種以上方式。

（一）依原料型態及製程階段說明不織布的定義

不織布是以天然纖維或人造纖維短纖，或連續長絲為原料，將纖維排列成定向或隨機分布的片狀、網狀或蓬鬆纖維層，再於成網後以機械、化學、熱或溶劑等方法，使纖維彼此結合或互相糾結，形成具有一定結構完整性與強度的片材或布狀材料。

依製程階段而言，不織布一般包括原料選擇、纖維網形成、纖維網結合及後整理。纖維網可由梳棉、氣流成網、濕式成網或紡黏等方式形成；梳棉成網是以短纖為主，將纖維梳理、排列並鋪成網，再進行結合。

不織布不以傳統織布的經緯紗交織形成，也不以針織線圈結構形成。纖維網經結合後，才能具有足以加工、搬運或使用的強度。

（二）梳棉成網後，以不同結合方式製成的十種不織布

以下依結合方法列舉十種：

編號	不織布名稱	結合原理
1	針軋不織布（Needle-punched nonwoven）	帶有倒鉤的刺針反覆穿刺纖維網，使纖維在厚度方向互相糾結。
2	水針不織布／水刺不織布（Spunlaced／Hydroentangled nonwoven）	以高壓水柱沖擊纖維網，使纖維移動並互相纏結。
3	縫編不織布（Stitch-bonded nonwoven）	以縫編線圈穿過或固定纖維網，使網體結構穩定。
4	浸漬黏合法不織布（Saturation-bonded nonwoven）	將纖維網浸入黏結劑，再經乾燥、固化，使黏結劑固定纖維。