111 關務特考四等 紡織工程 織物組合與分析 考古題詳解

核心觀念

梭織物的基本組織稱為三元組織：

1. 平織（plain weave）：經紗與緯紗每隔一根上下交錯，組織循環為 $2\times2$。
2. 斜紋織（twill weave）：經、緯浮長依一定規律逐格移動，表面形成斜紋線。
3. 緞織（satin weave）：以較長浮長及適當移植數排列，使交織點分散，表面平滑且光澤較佳。

本題的重點是：

• 判讀 $2/2$ 斜紋組織；
• 以 $4$ 片綜框完成山形穿法；
• 利用山形穿棕與山形投緯，形成 $16$ 經 $\times16$ 緯的菱形花紋；
• 繪製組織圖、穿棕圖及紋版圖。

以下約定：

• 「●」表示經紗浮於緯紗之上；
• 「○」表示緯紗浮於經紗之上；
• 組織圖的橫向為經紗，縱向為緯紗；
• 穿棕圖中數字表示該經紗穿入的綜框。

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一、$2/2$ 斜紋之單元組織圖

$2/2$ 斜紋表示每一根經紗在一個組織循環中，經浮與緯浮各為 $2$ 根。

其組織循環大小為：

$$R=2+2=4$$

因此單元組織圖為 $4\times4$：

緯紗＼經紗	1	2	3	4
1	●	●	○	○
2	○	●	●	○
3	○	○	●	●
4	●	○	○	●

以文字表示如下：

● ● ○ ○
○ ● ● ○
○ ○ ● ●
● ○ ○ ●

第一緯為 $1、2$ 經浮，第二緯為 $2、3$ 經浮，第三緯為 $3、4$ 經浮，第四緯為 $4、1$ 經浮，故形成連續斜紋。

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二、$16$ 經 $\times16$ 緯菱形花紋組織圖

1. 山形穿法

使用 $4$ 片綜框，山形穿法採：

$$1-2-3-4-3-2$$

本題需繪製 $16$ 根經紗，因此取前 $16$ 根經紗：

$$1,\ 2,\ 3,\ 4,\ 3,\ 2,\ 1,\ 2,\ 3,\ 4,\ 3,\ 2,\ 1,\ 2,\ 3,\ 4$$

投緯亦採相同的山形次序：

$$1,\ 2,\ 3,\ 4,\ 3,\ 2,\ 1,\ 2,\ 3,\ 4,\ 3,\ 2,\ 1,\ 2,\ 3,\ 4$$

山形穿法會使斜紋方向在中心位置反轉，因此形成菱形花紋。

2. $16\times16$ 組織圖

橫向為 $16$ 根經紗，縱向為 $16$ 根緯紗：

● ● ○ ○ ○ ● ● ● ○ ○ ○ ● ● ● ○ ○
○ ● ● ○ ● ● ○ ● ● ○ ● ● ○ ● ● ○
○ ○ ● ● ● ○ ○ ○ ● ● ● ○ ○ ○ ● ●
● ○ ○ ● ○ ○ ● ○ ○ ● ○ ○ ● ○ ○ ●
○ ○ ● ● ● ○ ○ ○ ● ● ● ○ ○ ○ ● ●
○ ● ● ○ ● ● ○ ● ● ○ ● ● ○ ● ● ○
● ● ○ ○ ○ ● ● ● ○ ○ ○ ● ● ● ○ ○
○ ● ● ○ ● ● ○ ● ● ○ ● ● ○ ● ● ○
○ ○ ● ● ● ○ ○ ○ ● ● ● ○ ○ ○ ● ●
● ○ ○ ● ○ ○ ● ○ ○ ● ○ ○ ● ○ ○ ●
○ ○ ● ● ● ○ ○ ○ ● ● ● ○ ○ ○ ● ●
○ ● ● ○ ● ● ○ ● ● ○ ● ● ○ ● ● ○
● ● ○ ○ ○ ● ● ● ○ ○ ○ ● ● ● ○ ○
○ ● ● ○ ● ● ○ ● ● ○ ● ● ○ ● ● ○
○ ○ ● ● ● ○ ○ ○ ● ● ● ○ ○ ○ ● ●
● ○ ○ ● ○ ○ ● ○ ○ ● ○ ○ ● ○ ○ ●

此圖具有以下特徵：

• 每一緯仍維持 $2/2$ 斜紋的經、緯浮長；
• 斜紋線向中心移動後反向；
• 以山形穿棕及山形投緯配合，形成左右、上下對稱的菱形花紋；
• 組織循環為 $16$ 根經紗與 $16$ 根緯紗。

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三、穿棕圖

1. 綜框數

題目指定使用 $4$ 片綜框，故綜框編號為：

$$1,\ 2,\ 3,\ 4$$

2. $16$ 根經紗之穿棕順序

採山形穿法：

核心觀念

本題考查梭織物規格表示法、經緯紗捲曲率換算，以及織造常見外觀瑕疵的辨識與成因。

規格：

$$\frac{104\times96}{45\text{d}(\text{PET})\times50\text{d}(\text{PET})}$$

通常表示：

• $104$：經紗密度，每英吋 $104$ 根。
• $96$：緯紗密度，每英吋 $96$ 根。
• $45\text{d}(\text{PET})$：經紗為 $45$ 丹尼、聚酯纖維紗。
• $50\text{d}(\text{PET})$：緯紗為 $50$ 丹尼、聚酯纖維紗。
• $4\%\times5\%$：經紗捲曲率為 $4\%$，緯紗捲曲率為 $5\%$。

紗線在織物內因交織而產生捲曲，因此紗線實際長度會大於織物表面上的直線距離。計算時：

$$\text{紗線實際長度} = \text{織物直線長度}\times(1+\text{捲曲率})$$

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（一）每平方碼經、緯紗使用長度

1. 經紗長度

取一平方碼織物，其尺寸為：

$$36\text{ in}\times36\text{ in}$$

經紗根數為：

$$104\text{ 根/in}\times36\text{ in}=3744\text{ 根}$$

每根經紗在 $36$ 英吋織物長度中，因捲曲率 $4\%$，其實際長度為：

$$36\times(1+0.04)=37.44\text{ in}$$

全部經紗長度：

$$3744\times37.44=140236.16\text{ in}$$

換算為碼：

$$\frac{140236.16}{36} = 3895.448\ldots\text{ yd}$$

因此，每平方碼使用的經紗長度為：

$$\boxed{3895.45\text{ yd}}$$

亦可直接簡化為：

$$104\times36\times(1.04)\div36 = 104\times36?$$

正確整理方式為：每根經紗長度換算成碼為 $1.04$ 碼，因此：

$$104\times36\times1.04 = 3895.45\text{ yd}$$

2. 緯紗長度

緯紗根數為：

$$96\text{ 根/in}\times36\text{ in}=3456\text{ 根}$$

每根緯紗橫越 $36$ 英吋寬度，因捲曲率 $5\%$，其實際長度為：

$$36\times(1+0.05)=37.8\text{ in}$$

全部緯紗長度：

$$3456\times37.8=130636.8\text{ in}$$

換算為碼：

$$\frac{130636.8}{36} = 3628.8\text{ yd}$$

因此，每平方碼使用的緯紗長度為：

$$\boxed{3628.80\text{ yd}}$$

3. 計算結果

項目	計算結果
經紗	$\boxed{3895.45\text{ yd/平方碼}}$
緯紗	$\boxed{3628.80\text{ yd/平方碼}}$

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（二）梭織物常見織造瑕疵

1. 紗節或粗節（Slub or Slug）

現象

布面出現局部、明顯的粗大紗段，形成不規則的粗點、粗條或凸起。若粗節沿經向連續出現，會形成經向粗節；若分布在單一緯紗位置，則呈現局部橫向粗點或短條。

產生原因

核心觀念

本題考查兩部分：

1. 羅紋組織的形成方式、編程圖、組織特性及服裝用途。
2. 圓編機每小時用紗量的計算，包括：

• 針筒圓周長
• 線導數（路數）
• 針筒轉速
• 每小時時間換算
• 織縮係數
• 棉紗支數與重量換算

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（一）羅紋織物

1. 羅紋織物的定義

羅紋織物（Rib fabric）是由兩組方向相反的針床共同編織而成，通常包括：

• 針筒針（Cylinder needles）
• 針盤針（Dial needles）

兩組針交替成圈，使織物正反兩面均呈現正面線圈外觀，並在織物表面形成縱向凹凸相間的羅紋條紋。

$1\times1$ 羅紋表示：

• 1 支針筒針與 1 支針盤針交替排列；
• 兩組針的成圈比例為 $1:1$；
• 每一個正面羅紋與一個反面羅紋交替形成。

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2. $1\times1$ 羅紋編程圖

符號說明：

• $C$：針筒針成圈
• $D$：針盤針成圈
• —：不成圈或不選針

沿織物寬度方向，$1\times1$ 羅紋的針位排列如下：

針位	1	2	3	4	5	6	7	8
針床	針筒	針盤	針筒	針盤	針筒	針盤	針筒	針盤
成圈狀態	$C$	$D$	$C$	$D$	$C$	$D$	$C$	$D$

簡化編程表示為：

$$C\quad D\quad C\quad D\quad C\quad D\quad C\quad D$$

亦可用針選圖表示：

$$\begin{array}{c|cccccccc} \text{針位} & 1&2&3&4&5&6&7&8\\ \hline \text{針筒針} & \checkmark&-&\checkmark&-&\checkmark&-&\checkmark&-\\ \text{針盤針} & -&\checkmark&-&\checkmark&-&\checkmark&-&\checkmark \end{array}$$

實際圓編時，針筒針與針盤針均參與成圈，但兩者的線圈方向相反，因此形成正、反面交替的羅紋結構。

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3. 羅紋織物的特性

（1）橫向伸縮性大

羅紋線圈具有較大的橫向變形能力，故織物寬度方向伸縮性良好，穿著時具有貼合身體的效果。

（2）彈性及回復性良好

$1\times1$ 羅紋的正、反面線圈配置較為平衡，拉伸後具有良好的回復能力，適合需要束緊或貼合的部位。

（3）正反面外觀相近

由於針筒針與針盤針交替成圈，織物兩面均可呈現類似正面線圈的外觀，正反面差異較小。

（4）不易捲邊

相較於平針織物，羅紋組織的正、反面線圈作用力較為平衡，因此捲邊現象明顯減少。

（5）織物較厚且保暖性較佳

羅紋組織具有凹凸條紋與較大的線圈結構，厚度通常比平針織物大，保暖性及覆蓋性較佳。

（6）尺寸穩定性受張力影響

雖然羅紋具有良好彈性，但若加工或洗滌後張力控制不當，仍可能產生寬度收縮或變形。

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核心觀念

本題考查三種不織布成網技術的差異，以及如何依據纖維材料、纖維細度、孔隙結構、疏水性與過濾機制，設計醫用或防疫口罩的三層結構。

不織布是纖維以隨機或定向方式排列成纖維網，再經由機械、熱、化學或水力等方法加以纏結、黏合，使其形成具有一定強度的片狀材料。其主要結構特性包括：

• 纖維排列方向與均勻性
• 纖維細度及比表面積
• 孔隙率、孔徑大小與孔徑分布
• 單位面積重量
• 拉伸強度、撕裂強度及挺度
• 透氣性、透濕性與阻水性
• 粉塵、液滴及微粒的過濾效率

口罩設計的重點不是單純追求孔隙越小越好，而是在過濾效率、呼吸阻力、舒適性及防潑水性能之間取得平衡。

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解題方法

本題可依「成網原理 → 結構特性 → 口罩分層功能」三個層次作答：

1. 分別說明 Spunlace、Meltblown、Spunbond 的纖維形成與成網方式。
2. 比較三者的纖維細度、網體結構、強度及過濾特性。
3. 將三層材料依外層、中層、內層配置，說明每一層的功能及材料選擇理由。
4. 補充口罩製程中的熱封、鼻樑條及耳帶等結構，使答案完整。

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一、水針不織布（Spunlace）

1. 成網原理

水針不織布又稱水刺不織布。其基本製程如下：

$$\text{纖維開鬆與混合} \rightarrow \text{梳理成網} \rightarrow \text{交叉鋪網} \rightarrow \text{高壓細水柱纏結} \rightarrow \text{脫水與乾燥}$$

短纖維經開鬆、混合及梳理後形成纖維網，再以高壓細水柱反覆沖擊纖維網。水流的動能使纖維產生移動、彎曲及互相纏繞，最後形成具有一定強度的纖維網體。

水針法主要依靠纖維間的機械纏結，不以大量黏著劑作為主要結合方式，因此成品具有柔軟、蓬鬆及類似織物的手感。

2. 結構特性

• 纖維多為短纖維，纖維排列可藉由交叉鋪網提高縱橫向均勻性。
• 纖維間以三維纏結為主，網體柔軟且懸垂性佳。
• 厚度、吸液性及透氣性較容易調整。
• 不含大量樹脂黏著劑時，皮膚接觸感較好。
• 強度與耐磨性通常優於單純梳理成網，但濕態強度及尺寸穩定性須視纖維種類與加工條件而定。
• 適合使用黏膠纖維、聚酯纖維、聚丙烯纖維、木漿纖維及其混合纖維。

水針不織布常用於濕巾、擦拭布、醫療敷料、衛生材料及過濾材料。其柔軟與吸液特性佳，但作為一般醫用口罩的主要外層及中間高效率過濾層，並非最典型的選擇。

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二、熔噴不織布（Meltblown）

1. 成網原理

熔噴不織布採用熱塑性高分子粒料，例如聚丙烯，先加熱熔融，再經噴絲孔擠出。其製程如下：

$$\text{高分子粒料} \rightarrow \text{加熱熔融} \rightarrow \text{噴絲孔擠出} \rightarrow \text{高速熱風牽伸} \rightarrow \text{冷卻成纖} \rightarrow \text{收集成網}$$

熔融高分子由噴絲孔擠出後，受到高速、高溫熱風牽伸。熱風會將熔融流體拉細，使其形成極細纖維，纖維冷卻後直接沉積在集網裝置上，形成蓬鬆的纖維網。

2. 結構特性

• 纖維直徑極細，通常遠小於一般紡黏纖維。
• 纖維以隨機方式交錯排列，形成大量微細孔隙。
• 比表面積大，對懸浮微粒具有良好的攔截、擴散及吸附效果。
• 網體蓬鬆、柔軟，重量輕，卻具有良好的過濾能力。
• 單獨使用時拉伸強度通常較低，容易受到外力破壞，因此常與紡黏不織布複合。
• 可藉由電暈充電、駐極處理，使纖維帶有永久或半永久電荷，利用靜電吸附提高微粒過濾效率，並在不大幅降低透氣性的情況下提升過濾性能。

熔噴不織布的主要過濾機制包括：

1. 慣性撞擊：較大的微粒因慣性無法隨氣流繞過纖維而撞上纖維。
2. 攔截作用：微粒隨氣流運動時，若接近纖維表面，會被纖維截留。
3. 布朗擴散：極細微粒進行不規則運動，增加與纖維碰撞的機會。
4. 靜電吸附：帶電纖維吸引微粒，即使微粒尺寸小於部分孔隙，也能提高過濾效率。

因此，熔噴層是醫用及防疫口罩的核心過濾層。

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三、紡黏不織布（Spunbond）

1. 成網原理

紡黏不織布同樣以熱塑性高分子為主要材料，最常使用聚丙烯。其製程如下：

$$\text{高分子粒料} \rightarrow \text{加熱熔融} \rightarrow \text{噴絲孔擠出連續長絲} \rightarrow \text{牽伸} \rightarrow \text{鋪網} \rightarrow \text{熱黏合或其他方式固結}$$

熔融高分子由噴絲孔擠出後形成連續長絲，經機械或氣流牽伸後，以隨機方式沉積在輸送網上。纖維網再經熱壓輥、熱風黏合或超音波等方式固結，形成不織布。

2. 結構特性

• 以連續長絲構成，纖維長度長，網體完整性及強度較佳。
• 單位面積重量低，具有良好的透氣性及一定的挺度。
• 拉伸強度、撕裂強度及耐磨性通常優於熔噴不織布。
• 纖維較粗、孔隙較大，單獨作為高效率微粒過濾層時，過濾能力通常不如熔噴不織布。