110 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

本題是五個名詞解釋，重點在辨別纖維的用途與性能、理解假撚加工參數及疵點，並說明纖維吸濕時的放熱來源。作答時先給出定義，再補上形成方式、作用或例子。

解題方法與各名詞說明

（一）機能性纖維（Functional Fiber）

機能性纖維是具有特定使用機能的纖維，通常是在一般纖維的基礎上，透過聚合物改質、紡絲成形或後加工，賦予新的、非傳統的特性，以滿足衣著或生活用途的需求。

常見機能包括吸濕排汗、抗菌防臭、抗紫外線、阻燃、抗靜電、保暖、撥水及調溫等。例如，在聚酯纖維中加入親水成分，或採用異形截面改善毛細導水能力，可製成吸濕排汗纖維。

（二）功能性纖維（Performance Fiber）

本題英文標示的 Performance Fiber，指著重材料本身特殊或優異性能的纖維，通常供產業、工程或防護用途使用。其性能可能包括高強度、高模數、耐熱、耐化學腐蝕、耐磨耗或耐輻射等。

常見例子包括碳纖維、芳香族聚醯胺纖維（芳綸）及超高分子量聚乙烯纖維，可用於複合材料、繩索、防彈材料及高溫防護衣物。

**辨別重點：**機能性纖維著重「提供何種使用機能」，例如抗菌、排汗；功能性纖維著重「纖維材料具備何種特殊性能」，例如高強、高模或耐熱。兩者在實際產品中可能重疊，但本題應依英文名稱區分。

（三）磨擦假撚 D/Y 比

磨擦假撚加工中，D/Y 比是摩擦盤表面線速度與紗線加工速度的比值：

摩擦盤與紗線接觸產生摩擦，將假撚傳入絲條；D/Y 比會影響假撚效果、加工張力及絲條的捲曲特性。D/Y 比設定不適當，可能造成張力不平衡、捲曲不均或單絲受損；因此實務上須配合紗線種類、加工速度及摩擦盤條件調整。

（四）毛絲（Broken filament）

毛絲是多絲紗中的個別單絲斷裂後，斷端突出於紗線表面所形成的毛狀疵點。斷絲可能發生於紡絲、牽伸、假撚、捲繞或織造等加工階段。

核心觀念

本題考的是天然纖維素纖維的濕強度高於乾強度之例外現象，重點在纖維素纖維的微細結構與吸水後的分子運動。

纖維素是由葡萄糖單元以 $\beta$-1,4-糖苷鍵連結而成的長鏈分子。鏈內與鏈間的氫鍵使分子鏈聚集成微纖維；微纖維沿纖維軸向排列，並分布於結晶區與非結晶區。天然棉、麻等纖維素纖維具有較高的聚合度、結晶度與分子取向，因而能承受較大的拉伸負荷。

解題方法

作答時，依序說明「水進入纖維後的作用」以及「分子鏈如何重新分配應力」，即可交代濕強度上升的原因：

1. 乾燥時，纖維內部存在應力集中。 天然纖維素纖維的微纖維與分子鏈排列並非完全均一。乾燥時鏈間氫鍵使結構較緊密、較不易移動；纖維在形成及乾燥過程中產生的內應力，會使部分部位承受較高應力，拉伸時便容易成為破壞起點。

2. 吸水後，水分進入非結晶區與微纖維間隙。 纖維素分子上的羥基（$-\mathrm{OH}$）可與水分子形成氫鍵。水分使非結晶區塑化，並降低部分鏈間作用對分子移動的限制，讓分子鏈與微纖維能作有限度的滑移、調整。

核心觀念

本題考查人造纖維長纖加工絲製程中的延伸比（draw ratio）：也就是紗線通過前後兩個不同速度的羅拉或控制點時，後段牽引速度相對於前段供紗速度的比值。延伸比通常以 $DR$ 表示：

其中 $V_1$ 為前段供紗速度，$V_2$ 為後段牽引速度。若 $DR>1$，表示紗線受到拉伸；若 $DR=1$，表示理論上沒有延伸；若 $DR<1$，則形成超餵或鬆弛。

延伸比描述機台設定的速度關係，實際紗線延伸與其受熱、張力及鬆弛狀態有關。紗線經拉伸後，纖維分子鏈與結晶區沿纖維軸向排列的程度提高，可改變強度、伸長率、收縮性及加工絲的捲曲特性。

解題方法

本題可依「定義 → 設定目的 → 設定注意要點」作答。延伸比不是單純的機械速度數字，而是控制紗線拉伸程度、分子取向及後續加工性能的重要製程條件。

一、延伸比的含義

以兩對羅拉控制延伸為例，若第一對羅拉表面速度為 $V_1$，第二對為 $V_2$，則：

例如，前段速度為 $500\ \mathrm{m/min}$、後段速度為 $750\ \mathrm{m/min}$，則：

表示後段牽引速度是前段供紗速度的 $1.50$ 倍。若以長度變化表示，理想狀態下 $DR=L_2/L_1$；實際生產中，則通常以控制羅拉速度比作為設定與管理依據。

二、設定延伸比的目的

1. 提高分子取向與纖維強度 適度拉伸使高分子鏈沿纖維軸向排列，提升取向程度，通常可提高紗線強度，並降低斷裂伸長率。

2. 使原絲達到所需的加工狀態 部分延伸絲（POY）在加工絲製程中進一步拉伸，使其成為符合產品規格的延伸變形絲（DTY），調整線密度、強伸度及尺寸穩定性。

核心觀念

蓮花效應是超疏水表面的自潔現象。水滴落在表面時，因表面不易被水潤濕，會形成近球形水珠；水珠滾動或滑落時，帶走附著力較弱的灰塵與污物，使表面保持清潔。

人造纖維紡織品要呈現此效應，通常須同時具備兩項特徵：

1. 低表面能：纖維表面經疏水處理後，不易與水作用。
2. 微米與奈米尺度的粗糙結構：纖維表面的凸起與凹隙截留空氣，使水滴只接觸少部分固體表面。

此時水滴與固體及空氣共同接觸，近似 Cassie–Baxter 潤濕狀態，能降低水滴與織物的實際接觸面積與黏附力。超疏水表面的常用判準為水接觸角大於 $150^\circ$，並具低滾落角或低接觸角遲滯。

解題方法

依題目要求分成「現象、檢測方式、應用」三部分作答：

1. 先描述水滴在織物上的形態與滾落時的自潔作用。
2. 再交代如何測量疏水程度及水滴移動難易度；對紡織品還須補充整體拒水測試。
3. 最後由拒水、自潔等功能連結實際用途。

這樣安排可完整回答題目，也能避免只寫「水珠成球」而漏掉蓮花效應的自潔機制。

現象

經適當表面改質的人造纖維織物，表面會形成低表面能且具微奈米粗糙結構的界面。水滴接觸後不易鋪展或滲入，呈近球狀，接觸角大；當織物傾斜或受到輕微擾動時，水滴容易滾動或滑落，並將表面鬆散的塵土、污物一併帶走，因此具有拒水與自潔效果。

接觸角 $\theta$ 是液滴與固體表面交界處，液滴內部所量得的角度。一般而言，$\theta>90^\circ$ 表示疏水；蓮花效應通常以超疏水表面描述，特徵為 $\theta>150^\circ$ 且水滴容易滾落。僅有大接觸角仍不足以完整代表低黏附性，因為水滴也可能被表面粗糙結構固定；因此須搭配滾落角或接觸角遲滯判斷。

檢測方式

1. 水接觸角測試：將一定體積的水滴置於織物表面，以接觸角量測儀觀察側面影像，測量水滴與表面的表觀接觸角。接觸角越大，通常表示表面越不易被水潤濕；超疏水常以大於 $150^\circ$ 作為指標。