109 關務特考四等 紡織工程 紡織纖維學概要 考古題詳解

核心觀念

本題考查紡織纖維與紗線的線密度、紗線加撚變形，以及纖維拉伸性能等基本名詞。作答時要分清楚「以定長比較重量」與「以定重比較長度」兩種支數制度，也要區別纖維的斷裂力與按線密度正規化後的強度。

解題方法

（一）丹尼（Denier）

丹尼是直接制的線密度單位，表示長度為 $9{,}000$ 公尺的纖維或紗線，其重量為幾公克。若 $9{,}000$ 公尺重 $1$ 公克，線密度即為 $1$ 丹尼。

其中 $m$ 以公克計，$L$ 以公尺計。丹尼數值愈大，表示單位長度的重量愈大，纖維或紗線通常愈粗。

（二）支數（count）

支數是表示紗線粗細的指標，常見制度分為直接制與間接制：

• 直接制：以固定長度的重量表示粗細，例如丹尼、特克斯（tex）；數值愈大，紗線愈粗。
• 間接制：以固定重量所具有的長度表示粗細，數值愈大，紗線愈細。常見者包括公制支數 $N_m$ 與英制棉紗支數 $N_e$。

公制支數表示每公克紗線所具有的公尺數：

英制棉紗支數表示每磅紗線含有多少個 $840$ 碼：

（三）假撚絲

假撚絲是合成長纖紗經假撚加工製成的變形絲。加工時先對長絲加撚，再藉由加熱定形，使纖維形成螺旋狀或捲曲狀構造，之後退撚。退撚後，長絲雖不保留原先施加的總撚數，仍保有捲曲、蓬鬆及彈性等變形效果。

假撚絲常用於聚酯、尼龍等合成長纖，可使長絲紗具有較接近短纖紗的蓬鬆手感、覆蓋性與伸縮性。其紗線內各單絲呈現曲折或螺旋形態，是辨認假撚加工的重要特徵。

（四）纖維的強度與單位

纖維強度描述纖維抵抗拉伸直至斷裂的能力。常用的表示方式有兩種：

1. 斷裂力：纖維拉伸至斷裂時所承受的最大拉力，通常以牛頓（N）或毫牛頓（mN）表示。斷裂力會受纖維粗細影響，較粗的纖維通常能承受較大的拉力。

核心觀念

本題考棉纖維的微細構造如何影響纖維與紗線的物理性質。作答時要把「外層與中空構造」、「纖維素微原纖排列」及「天然轉曲」連結到彈性、柔軟、蓬鬆、保溫與吸濕。

棉纖維是棉籽表皮細胞延伸形成的單細胞纖維。由外而內可概括為角質層、初生壁、次生壁及中腔；次生壁以纖維素為主，微原纖呈螺旋狀排列。纖維乾燥後呈扁帶狀，沿長度可見天然轉曲。

微細構造示意圖

（一）橫切面：由外向內

 ┌────────────────────┐ ← 角質層
 │ 初生壁 │
 │ ┌────────────────┐ │ ← 次生壁：多層纖維素微原纖
 │ │ ////// ///// │ │ 呈螺旋狀排列
 │ │ ///// //// │ │
 │ │ 中腔 │ │
 │ └────────────────┘ │
 └────────────────────┘

（二）縱切面：天然轉曲與螺旋微原纖

纖維外形： ／＼＿／＼＿／＼＿／＼＿
 ↑
 天然轉曲

微原纖方向： ///////\\\\\\\///////\\\\\\\
 螺旋排列，沿纖維軸方向有方向變化

圖中「////」為示意，表示微原纖相對纖維軸呈斜向螺旋排列；天然轉曲則是棉纖維乾燥後扁平帶狀外形沿長度產生的扭轉。

解題方法與性質說明

作答可由「構造特徵 → 作用方式 → 性質」逐項說明：

核心觀念

本題考查三大主要合成纖維的聚合原料、聚合反應及紡絲方法。考卷所稱三大主要合成纖維，通常指：

1. 聚醯胺纖維（Polyamide，尼龍）
2. 聚酯纖維（Polyester，以聚對苯二甲酸乙二酯 PET 為主）
3. 聚丙烯腈纖維（Polyacrylonitrile，壓克力纖維）

解題時要呈現「單體或原料 → 聚合 → 形成纖維」的製程，並指出各纖維採用的聚合反應與紡絲方式。尼龍與 PET 通常以熔融紡絲製成長絲；壓克力纖維的聚丙烯腈不適合熔融紡絲，主要採溶液紡絲。

本題為紡織材料製程題，沒有適用法條。

解題方法與製造流程

一、聚醯胺纖維：尼龍

尼龍的分子主鏈含有醯胺鍵 $\left(-\mathrm{CONH}-\right)$。常見品種有尼龍 6與尼龍 66，兩者的單體與聚合方式不同。

（一）尼龍 6：己內醯胺開環聚合

己內醯胺經加熱及水分作用開環，形成尼龍 6 聚合物：

流程圖：

己內醯胺
 ↓ 加水、加熱
開環聚合
 ↓
尼龍 6 熔體
 ↓ 熔融紡絲
冷卻固化
 ↓
牽伸、熱定形
 ↓
尼龍 6 纖維

（二）尼龍 66：己二酸與己二胺縮合聚合

己二酸與己二胺先形成尼龍鹽，再加熱縮合聚合，反應時脫除水分：

流程圖：

己二酸＋己二胺
 ↓ 中和
 尼龍鹽
 ↓ 加熱、縮合脫水
 尼龍 66 熔體
 ↓ 熔融紡絲
 冷卻固化
 ↓
 牽伸、熱定形
 ↓
 尼龍 66 纖維

尼龍聚合物熔融後由噴絲孔擠出，冷卻成絲，再經牽伸使分子鏈沿纖維軸向排列，提高強度。

二、聚酯纖維：PET

聚酯纖維以 PET 最具代表性，主要原料為對苯二甲酸（PTA）與乙二醇（EG）。兩者經酯化及縮聚形成高分子量 PET；工業上也可用對苯二甲酸二甲酯與乙二醇進行酯交換，再縮聚。

核心觀念

抗菌防臭纖維是能抑制或減少纖維及織物上微生物繁殖，進而減輕微生物分解汗液、皮脂等有機物所產生異味的纖維。它的主要作用對象是造成臭味的細菌等微生物；「除臭」效果通常是抑菌後的結果，不能直接等同於香料掩味或吸附異味。

解題方法

依序從「纖維如何獲得抗菌性」、「抗菌性如何發揮」及「成品應符合哪些性能要求」作答。製造方法可依抗菌劑的導入時點分成纖維成形時加入，以及成形後施加於纖維或織物兩大類；機能要求則兼顧效果、安全、耐久與紡織品本身的使用性能。

製造方法

1. 纖維成形時加入抗菌劑 將抗菌劑混入聚合物或紡絲原液，再經熔融紡絲、溶液紡絲等方式製成纖維。抗菌成分可分散於纖維內部，或設計於纖維表層。此法通常耐洗性較佳，但須考量抗菌劑在紡絲溫度下的熱穩定性、與聚合物的相容性，以及對纖維可紡性和物性的影響。

2. 纖維成形後施加抗菌劑 以浸漬、軋染、噴塗、塗層或後整理等方式，將抗菌劑施於纖維、紗線或織物表面。製程較具彈性，適用於既有紡織品；但抗菌劑若主要附著於表面，可能在洗滌或摩擦後脫落，因此須提升固著性並評估耐久性。

3. 採用具抗菌性的纖維原料 選用本身具有抗菌作用的材料製纖，或藉由纖維結構、表面改質等方式，使纖維具抑菌功能。實際產品也可將不同方法併用，以兼顧加工性、效果與耐久性。

抗菌劑可包括銀、銅等無機系材料，以及有機抗菌劑等。選用時須注意其作用機制、加工適性、對人體及環境的安全性，不能只以抗菌效果高低判斷。

機能性要求