113 關務特考四等 紡織工程(選試英文) 紡織纖維學概要 考古題詳解

核心觀念

本題考查纖維線密度的表示法、再生纖維素纖維的商品名稱與分類，以及高性能纖維的紡絲和後加工原理。答題時要掌握各名詞的定義、製程特徵及其對纖維性能的影響。

解題方法

逐項以「是什麼、如何製成或表示、具有何種特徵」作答。名詞解釋不必鋪陳過多，但要寫出能與相近概念區別的關鍵內容，例如德士和丹尼數的基準不同，乾噴濕式紡絲的凝固浴位置不同於一般濕式紡絲。

各名詞解釋

（一）德士（Tex）

德士是表示纖維或紗線線密度的單位，定義為長度 1,000 公尺的纖維或紗線，其質量以公克表示：

例如，20 Tex 表示每 1,000 公尺重 20 公克。德士數值愈大，表示單位長度的質量愈大，纖維或紗線通常愈粗。德士屬於直接制，數值與線密度成正比；丹尼數（denier）則以 9,000 公尺為基準。

（二）天絲棉（Tencel）

Tencel 是蘭精公司的商品名稱，通常指以木漿等纖維素原料，採直接溶劑法製成的萊賽爾纖維（Lyocell）。其典型製程是以 NMMO（N-甲基嗎啉-N-氧化物）溶解纖維素，將紡絲液擠出後進入凝固浴，使纖維素再生並形成長絲；溶劑可回收再利用。

Tencel 並非棉花纖維，而是再生纖維素纖維的商品名稱。其纖維通常具有良好強度、吸濕性與柔軟手感。答題時以「品牌名＋萊賽爾纖維＋直接溶劑法」界定最為完整。

（三）再生纖維

再生纖維是以天然高分子物質為原料，先將原料溶解或轉化為可紡液，再經紡絲、凝固等程序，使其重新形成纖維的纖維。常見原料包括纖維素及蛋白質；例如嫘縈（黏膠纖維）與萊賽爾纖維均屬再生纖維素纖維。

再生纖維與合成纖維的主要區別在於原料及高分子來源：再生纖維是使天然高分子重新成纖；合成纖維則以化學合成方式製得高分子，再進行紡絲。再生纖維也不同於直接取自天然生物體、僅經清理或加工的天然纖維。

（四）乾噴濕式液晶紡絲法

核心觀念

本題考查羊毛纖維的雙相皮質構造，以及羊毛外層與內部蛋白質各自造成的性質：

• 撥水性主要來自纖維表面的鱗片層及其外表脂質層。
• 吸濕性主要來自纖維內部的角蛋白皮質層，因角蛋白含有可與水分子作用的親水性基團。
• **氈合性（felting）**主要來自表面鱗片造成的方向性摩擦；纖維在濕熱與揉搓下相互移動、交纏，逐漸縮絨成緊密纖維網。

雙相是指羊毛皮質內有兩種性質不同的皮質區，通常稱為正皮質（orthocortex）與副皮質（paracortex）。在細羊毛中，兩區常呈雙側分布；其吸濕膨潤與力學性質不同，亦與羊毛的天然捲曲有關。

解題方法

依「斷面由外而內 → 撥水與吸濕分別由何處產生 → 鱗片如何造成氈合」作答，並在示意圖中標明表皮鱗片、皮質層及正、副皮質。

 羊毛纖維斷面示意圖
 表面鱗片層（cuticle）
 ╭────────────────────╮
 ╱ ╲ ╱ ╲
 │ ╲ 正皮質區 │
 │ ╲（orthocortex） │
 │ ╲ │
 │ ╲──────────────│
 │ 副皮質區 │
 │ （paracortex） │
 ╲ ╱
 ╰────────────────╯
 ↑ 皮質層（cortex）

 外側：鱗片外表脂質層，具有撥水作用
 內側：角蛋白皮質，具有吸濕作用

此圖為簡化示意，著重呈現雙側皮質分布；實際纖維的輪廓、皮質界面及鱗片形狀會因羊毛種類與纖維部位而異。細羊毛常見正、副皮質雙側排列，較粗的毛纖維則可能呈現不同分布；部分纖維中央另有髓質，細羊毛則常無明顯髓質。

為何同時撥水與吸濕？

羊毛的撥水與吸濕由不同部位負責，並不矛盾。

核心觀念

本題考三大合成纖維的重複單元結構，以及主鏈官能基如何影響纖維的分子間作用力、吸濕性、熱性質與耐化學性。作答時先寫出各纖維的重複單元，再從官能基判斷其性質。

以下以纖維聚合物的重複單元表示分子式；$n$ 為聚合度。

解題方法

聚酯纖維（PET）、聚醯胺纖維（PA）與聚丙烯腈纖維（PAN）的分子鏈分別含有酯基、醯胺基與腈基。辨識官能基後，依其極性、氫鍵能力與結構規整性說明物性。

一、聚酯纖維（PET）

PET 的重複單元為：

其中 $\mathrm{C_6H_4}$ 為對位取代的苯環。單一重複單元的組成式為 $\mathrm{C_{10}H_8O_4}$，故可寫為 $(\mathrm{C_{10}H_8O_4})_n$。

主要官能基為酯基 $\mathrm{-COO-}$；主鏈也含有芳香環。

• **強度與尺寸穩定性佳：**苯環使分子鏈剛硬、規整，容易排列形成結晶區，纖維具有良好強度與耐磨性，也較不易伸縮變形。
• **吸濕性低、快乾：**酯基具有極性，但分子鏈缺少可提供氫鍵的 $\mathrm{-OH}$ 或 $\mathrm{-NH}$，與水的作用有限，因此回潮率低、乾燥快。
• **耐熱性與熱塑性：**芳香環及結晶結構有助於維持熱穩定；受熱時仍可軟化，因此具有熱塑性，適合熱定形。
• **耐酸鹼性有差異：**一般使用條件下耐多種化學品，但酯鍵會受強鹼水解，長時間接觸強酸也會造成分子鏈劣化。

二、聚醯胺纖維（PA）

聚醯胺是纖維家族的總稱，常見代表為尼龍 6 與尼龍 66。以尼龍 6 為例，其重複單元為：

單一重複單元的組成式為 $\mathrm{C_6H_{11}NO}$。尼龍 66 的重複單元則為：

其單一重複單元組成式為 $\mathrm{C_{12}H_{22}N_2O_2}$。兩者都含有醯胺基 $\mathrm{-CONH-}$。

• **強度與韌性佳：**醯胺基之間能形成分子間氫鍵，有助於提高分子間作用力，使纖維具有良好強度、韌性與耐磨性。
• **吸濕性高於 PET 與 PAN：**醯胺基的 $\mathrm{C=O}$ 與 $\mathrm{N-H}$ 具有極性，能與水作用，因此聚醯胺的吸濕性較高；吸濕後尺寸與力學性質也較容易受影響。

核心觀念

保溫性纖維的目的，是減少人體與外界之間的熱傳遞，使衣物或纖維製品具有較佳的保暖效果。纖維本身不會「產生熱」，保溫主要依靠材料結構留住大量靜止空氣，並降低熱傳導、對流及輻射造成的熱量散失。

熱量散失可分為三種方式：

• 熱傳導：熱由高溫處傳向低溫處。纖維與空氣的導熱率較低，纖維間留存的空氣可形成隔熱層。
• 熱對流：空氣流動帶走熱量。纖維若能形成蓬鬆、細密而不易通風的結構，可抑制空氣流動。
• 熱輻射：物體以電磁波形式放出熱能。部分保溫纖維加入具有反射作用的微粒或薄層，以減少輻射熱散失。

因此，保溫性能通常與纖維製品的蓬鬆度、纖維細度、捲曲度、孔隙結構、厚度及含氣量有關。纖維細、捲曲或中空的結構，通常較能形成大量微小、靜止的空氣層。

解題方法：從「留住空氣」說明原理，再按結構介紹製法

本題為申論題，宜先說明保溫的熱傳原理，再整理製造方法。製法可依纖維結構分成中空纖維、異形截面纖維、捲曲纖維，以及超細纖維或蓬鬆纖維集合體等類型，並說明各類如何增加含氣量或降低熱傳。

保溫性纖維的製造方法

1. 中空纖維

在紡絲時使用具有中空結構的噴絲板，或採用特殊複合紡絲與後續溶解除去其中一相的方法，製得單孔或多孔的中空纖維。纖維內部空腔可封存空氣，降低纖維本體的有效導熱，並減輕重量。中空比例與孔洞形狀須適當；若孔腔過大或纖維結構容易塌陷，保暖效果會受影響。

2. 異形截面纖維

以特殊形狀的噴絲孔紡絲，製成多葉形、十字形、Y 形等截面纖維。異形截面會增加纖維間的空隙與接觸界面，使纖維集合體較蓬鬆，並能留存較多空氣。此法著重於纖維間的空氣層，不一定形成封閉的纖維內腔。