107 專技高考高等考試 紡織工程技師 織造工程（包括梭織、針織與不織布） 考古題詳解

核心觀念

本題屬於「不織布製程學」中成網後固結（Web Consolidation/Bonding）與聚合物成網一貫化（Polymer-laid Nonwovens）的核心考點，涵蓋以下關鍵定義與理論：

1. 熱黏合法（Thermal Bonding）機理：利用熱塑性高分子（Thermoplastic Polymers）受熱軟化或熔融之物理特性，以熱、壓力及冷卻固化三階段，在纖維網（Fiber Web）的纖維交會點形成高分子熔結頸（Bonding Nips/Points），使無結構強度的纖維網轉變為具力學強度的不織布。
2. 雙組份紡黏法（Bicomponent Spunbond Process）原理：結合「雙聚合物複合熔融紡絲（Bicomponent Melt Spinning）」與「空氣動力學牽伸鋪網（Aerodynamic Attenuation and Laydown）」，透過同一噴絲孔將兩種不同物化性能的高聚物同時擠出，經高速氣流抽伸細化、鋪網成氈後就地固結。其核心在於截面幾何分佈（皮芯型、並列型、裂片型等）賦予單一纖維多元功能（如低溫接著、自發三維捲曲、超細化等）。

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解題方法

本題為標準的二合一結構型申論題，採「雙主幹、雙要素」方式架構：

1. 切入架構：將作答分為「熱黏合法」與「雙組份紡黏法」兩大單元，各單元嚴格依照「製造加工原理（包含作用機構、典型製程種類/截面形態）」與「產品用途」兩大維度展開。
2. 技術論述層次：

• 「熱黏合法」必須點出熱塑性纖維於熔融溫度（$T_m$）或軟化點（$T_g \sim T_m$）下的相變黏合，並依熱傳導媒介細分出熱軋法（Calendering）與熱風穿透法（Through-air bonding）。
• 「雙組份紡黏法」必須完整交代「切片熔融 $\to$ 複合擠出 $\to$ 氣流抽伸 $\to$ 鋪網 $\to$ 固結」之一貫化連續製程，並以截面幾何配置（Sheath-Core、Side-by-Side、Splittable Pie）闡述其發揮功能之機理。

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考點深入分析

一、熱黏合法（Thermal Bonding）

1. 製造加工原理

• 基本原理： 纖維網中含有全部或部分的熱塑性纖維（或低熔點接著劑/纖維）。當纖維網通過加熱區時，熱能使纖維外層或低熔點組分軟化、熔融，高分子鏈段在高溫與微幅壓力下跨越界面相互擴散、交纏；離開加熱區後經由冷卻，熔融的高分子結晶再凝固，於纖維交叉接觸點形成微觀結合節（Bonding points），賦予網結構抗張強度與尺寸安定性。
• 主要加工方式與反應機構：

1. 熱軋黏合法（Thermal Calendering）：

• 利用一對金屬熱壓輪（平滑輪或凹凸刻花輪）對纖維網施加接觸熱與機械壓力。
• 點狀熱軋（Point Bonding）：刻花輪使壓結點侷限於 10%～25% 之微區（Bonding area），未受壓點保留原纖維蓬鬆性與自由度，使產品兼具強度、柔軟度與懸垂性。
• 面狀熱軋（Area Bonding）：由兩支平滑輪均勻全面加壓，成品薄型、緊密、平整度高、孔隙率低。

2. 熱風穿透黏合法（Through-Air Bonding, TAB）：

• 將受控溫度的熱風穿透由吸風負壓固定的纖維網。熱量藉對流均勻傳遞至全網厚度方向，僅使低熔點組分表面熔化，不施加機械輾壓。
• 纖維交接點固化後，纖維網能維持原初之三維立體結構，手感極度蓬鬆、柔軟，且具極高之液體蓄積容積與透氣度。

3. 超音波黏合（Ultrasonic Bonding）：

• 利用高頻振動（約 20～40 kHz）之聲能轉換為局部界面分子摩擦熱，瞬時熔融纖維接觸點，適合熱敏性材料或無耗損定點複合。

2. 產品用途

• 熱軋黏合不織布：

• 衛材面料：嬰兒尿布、成人失禁墊、女性衛生棉之親水親膚表層（Top-sheet）。
• 醫療防護：一次性手術衣、隔離衣（SMS 結構中提供主要機械骨架）。
• 工業與農業：農用覆蓋防霜布、土工防草布、電纜包覆材料。

• 熱風穿透不織布：

• 高級衛材：高階嬰兒紙尿褲之立體壓花親膚層、導流層（Acquisition Distribution Layer, ADL）。
• 保暖過濾材料：羽絨替代棉、滑雪衣保暖填充襯墊、中低階空氣初效濾網。

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二、雙組份紡黏法（Bicomponent Spunbond Process）

1. 製造加工原理

• 基本連續製程： 雙組份紡黏法係將兩種不同的高聚物分別經由兩套獨立的螺桿擠出機加熱熔融計量，導入共用的專用複合噴絲組件（Spin Pack），使兩熔體在特殊導流板與噴絲微孔（Spinneret）內依特定幾何構型匯聚共擠出。初生複合長絲隨即進入文氏管（Venturi）式高速拉伸風道，藉冷空氣冷卻固化並利用高速氣流實施氣流抽伸（Air Attenuation）使大分子取向。連續長絲隨後落於多孔成網簾（Forming Wire）上散亂交疊形成纖維網，最後通常經由熱軋（Thermal Calender）固結成布。
• 典型截面配置及其增效原理：

1. 皮芯型（Sheath-Core, S/C）：

核心觀念

本題旨在評量考生對無梭織機（梭織工程）​中「劍桿式織機（Rapier Loom）」機構特性之掌握，以及其在產業用紡織品（Technical Textiles）與高性能纖維複合材料預型體（Composite Preforms）​製造上的整合應用能力。

1. 劍桿引緯加工原理：

• 引緯機構適應性：劍桿織機藉由剛性或撓性劍桿（Rigid or Flexible Rapier）搭配夾紗器（Gripper），進行機械式「積極夾持（Positive Gripping）」或「消極夾持（Negative Gripping）」將緯紗送入梭口中央並完成交接（Giving and Receiving Rapiers）。
• 低張力與護紗特性：引緯加速度曲線緩和、氣流或摩擦損傷小，特別適合剛性高、易折斷、脆性高之高模數無機纖維（如碳纖維、玻璃纖維、玄武岩纖維）及超粗、異形、金屬導電紗線之織造。
• 多色選緯（Multi-weft Selection）：可配置高達 8 至 16 色電子選緯機構，能自由混織多種異質纖維，達成「混雜複合（Hybridization）」組織。
• 立體與多層織造（Multi-layer & 3D Woven Structures）：配合電子多臂（Electronic Dobby）或電子提花（Electronic Jacquard）開口機構，可織造雙層、多層接結組織、三維立體中空或正交（3D Orthogonal）結構。

2. 功能性複合織物定義：

• 結合兩種或兩種以上不同物理、化學特性之纖維材料（如碳纖維/芳綸混雜、導電金屬絲/阻燃纖維混織），或以特殊立體幾何架構賦予高比強度、比剛度、防彈抗衝擊、抗電磁波干擾（EMI Shielding）、耐高溫阻燃等特定功能性之纖維增強材料或功能性面料。

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解題方法

本題為典型的申論題型，切入架構應掌握「機構特性 $\to$ 工藝原理 $\to$ 結構設計 $\to$ 產業應用」四層邏輯遞進：

1. 加工原理切入點（系統機構與織造工藝五大要素）：

• 引緯與張力控制：詳述劍桿夾持方式、中途交接動作對脆弱高性能纖維（如 Carbon/Glass fiber）毛羽斷絲的抑制機制，以及電子定張力儲緯器（Electronic Weft Feeder）的恆張力作用。
• 開口與多層結構：說明電子提花/多臂機構如何實現多層經紗分層開口，建構三維立體聯鎖（Angle-interlock）或多層結構。
• 送經與張力補償：多層織物各層經紗屈曲率（Crimp rate）不同，必須採用「多經軸電子送經（Multi-beam Electronic Let-off）」系統，確保各層經紗張力一致，避免分層缺陷。
• 打緯與筘座運動：低衝擊共軛凸輪打緯（Conjugate cam beat-up），防止高密重磅複合織物於織口處承受過大反作用力而切傷纖維。

2. 產品用途切入點（依功能與終端產業分類）：

• 航太與國防：高比剛度耐衝擊複合結構預型體、防彈防刺防破片防護。
• 交通與綠能：車體結構輕量化、風力發電機葉片補強網、儲氫壓力容器保護層。
• 工業與智慧防護：電磁波屏蔽（EMI）、防靜電、高溫腐蝕過濾布。
• 土木與建築補強：抗震加固碳纖網格布、地工合成織物。

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選項分析

本題為高等考試專技高考之專業科目申論題，非選擇題，故無個別選項。

在國考評分標準中，評審委員的核心配分與閱卷檢核點如下：

1. 加工原理之完整性（約佔 50% 配分）：

• 僅說明「引緯」過程者無法獲得高分；必須涵蓋低張力夾持護紗、多色自由選緯（混雜技術）、多軸送經張力平衡及多層/3D 結構形成之機構原理。

2. 產品用途之具體性與廣度（約佔 50% 配分）：

• 僅列舉「一般衣服、防風外套」等傳統民生用途屬重大偏差，將導致大幅失分。
• 必須精確列出工業用、國防防護、航空太空、車用輕量化預型體（Preforms for RTM/Infusion process）等高附加價值之結構性與功能性應用。

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解題技巧

1. 比較對照法建立優勢論述：

• 答題開篇可先點出「為何非劍桿織機莫屬」：相較於噴水織機（僅限疏水性化纖）、噴氣織機（氣流易使無撚高模數碳纖維絲束開纖發散、難引重磅粗紗）與拋射梭織機（投梭受力過猛），劍桿織機的「機械積極式握持」是處理高剛性、高脆性、大丹尼數特殊紗線的最佳選擇。

2. 關鍵專業術語鋪陳：

• 務必寫入專業術語：如「雙劍桿中途交接（Dewas / Gabler system）」、「電子選緯（Electronic Weft Selection）」、「混雜複合材料（Hybrid Composites）」、「複合材料預型體（Preforms）」、「層間剪切強度（Interlaminar Shear Strength, ILSS）」。

3. 結構化答題格式：

核心觀念

本題旨在考驗考生對「針織機構學（Knitting Mechanisms）」結合「機能性與智慧型紡織品（Functional and Smart Textiles）」之加工原理與製程控制的整合能力。其核心觀念涵蓋：

1. 針織幾何結構與供紗運動學差異：經編（Warp knitting）各經紗由獨立經軸供紗，藉由梳櫛（Guide bars）擺動與橫移，各針同時成圈或襯紗；緯編（Weft knitting）由筒子紗供紗，單紗或數紗沿緯向依序被各編織針彎折成圈。
2. 彈性織造原理（Elastic Fabric Mechanism）：利用彈性纖維（Spandex/Elastane）高伸長、高回彈的力學特性，透過積極式供紗裝置施加精確的預伸長（Draft/Pre-tension），結合地組織的幾何鎖緊與後加工回縮拘束，賦予織物應力回彈與尺寸形變能力。
3. 導電織造原理（Conductive Fabric Mechanism）：將導電紗線（金屬纖維、鍍銀長絲、導電高分子複合紗等）導入成圈或襯入組織，利用線圈交會點（Crossover points）的接觸導通或連續襯紗路徑，在維持電氣導通性、壓阻感測性或電磁屏蔽性能的同時，避免脆性導電絲因過度彎曲而斷裂。

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解題方法

本題屬於系統性比較之專業申論題，最嚴謹且易獲高分的切入點為​「$2 \times 2$ 矩陣架構解題法」：

1. 縱向構面：分為「經編技術（Warp Knitting）」與「緯編技術（Weft Knitting）」。
2. 橫向構面：分為「彈性織物（Elastic Fabrics）」與「導電織物（Conductive Fabrics）」。
3. 分析層次：針對每一個交叉象限，依序解析：

• 加工原理：原料配置、餵紗機構（張力與牽伸控制）、成圈與組織結構（成圈、添紗、襯紗）。
• 產品用途：力學／電學性能與對應的終端工業、民用或生醫產品。

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選項分析

本題為國家考試專業問答／申論題（非選擇題）。為利於精確掌握得分要素，將題目中四個核心維度之評分要點與機構技術特性剖析如下：

• 經編彈性織物構面：重點在於多梳櫛配置與積極送經機構（EBC/EBA系統）。通常後梳穿彈性紗並實施高牽伸，前梳穿剛性紗（如聚醯胺纖維）成圈作拘束，下機回縮後線圈結構極為緊密，且具備經編特有的「防脫散（Ladder-proof）」優勢。
• 經編導電織物構面：重點在於「襯經（Warp inlay）」與「全幅襯緯（Full-width weft insertion）」。金屬等導電絲脆性大、抗彎剛度高，若強行彎曲成小半徑線圈易斷裂，經編能以不彎曲成圈的襯紗方式將導電紗平直嵌入，形成高保形性之導電柵格。
• 緯編彈性織物構面：重點在於「添紗（Plating / Vanisé）」技術與微電腦積極送紗器（如 MER 輪）。彈性裸紗需透過專用添紗紗嘴與地紗共同進針成圈，使彈性紗均勻隱藏於織物內側或被地紗包覆，賦予織物雙向（尤其緯向）卓越的拉伸柔軟度。
• 緯編導電織物構面：重點在於「嵌花（Intarsia）」、「提花（Jacquard）」與「電腦橫編成型（Fully-fashioned）」。緯編線圈重疊點形成的「接觸電阻（Contact resistance）」受外力拉伸時會改變，極具壓阻感測特性，且能局部客製化編織導電電極區塊。

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解題技巧

1. 掌握加工關鍵字，切忌泛泛而談：

• 寫彈性加工時，務必寫出「積極式送經／送紗」、「預牽伸比（Draft ratio）」、「添紗（Plating）」、「後整理熱定型回縮」。
• 寫導電加工時，務必寫出「襯紗（Inlay）」、「接觸電阻／壓阻效應（Piezoresistive effect）」、「彎曲應力控制」。

2. 避開常見陷阱：

• 陷阱一：彈性紗絕不能採用一般消極供紗，必須強調「定張力積極餵入」，否則織物會產生嚴重密度不均、橫檔與邊緣捲曲。
• 陷阱二：導電纖維用途切忌只寫「防靜電」，現代命題著重於智慧穿戴（Smart textiles）、生醫電極（ECG/EMG）與電磁干擾遮蔽（EMI shielding）。

3. 答題結構化：以清楚的編號、粗體小標呈現，讓閱卷委員能以最快速度抓取核心採分點。

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【答案】

一、經編製造彈性及導電織物之加工原理與產品用途

(一) 經編彈性織物

1. 加工原理：

• 原料搭配：多以彈性纖維（Spandex 裸紗）搭配非彈性長絲（如 Nylon 或 Polyester 複絲）。

核心觀念

本題為織造工程中「無梭引緯技術」與「廠務動力系統整合」的經典整合題，涵蓋三大核心子題：

1. 噴氣引緯原理（Air-Jet Weft Insertion Principle）：利用壓縮空氣流動對緯紗表面產生的磨擦牽引力（Frictional Drag Force）帶動緯紗飛越梭口。其關鍵物理公式為： $F = \frac{1}{2} C_f \cdot \rho \cdot A \cdot (v_{\text{air}} - v_{\text{yarn}})^2$ 其中 $C_f$ 為磨擦係數，$\rho$ 為空氣密度，$A$ 為紗線受氣流作用之表面積，$(v_{\text{air}} - v_{\text{yarn}})$ 為空氣與緯紗之相對速度。為克服射流在空間中的擴散與速度衰減，現代噴氣織機均採用「固定／擺動主噴嘴（Main Nozzle）＋串聯噴嘴（Tandem Nozzle）＋沿筘幅配置的副噴嘴（Relay Nozzle）＋異形鋼筘（Profiled Reed）」的組合導槽氣流控制技術。
2. 壓縮空氣品質與多級過濾系統設計（ISO 8573-1 空氣品質規範）：噴氣織機耗氣量大且閥件作動頻繁（電磁閥微秒級切換）。未妥善處理的固體顆粒會磨損閥心與噴嘴；游離水分與水氣會造成管道鏽蝕、乳化油污並浸濕紗線；油分則會堵塞異形筘槽並在胚布上形成難以洗除的永久性油斑（Oil Stains）。因此過濾系統必須針對「固體微粒」、「液態水及水蒸氣」、「油霧及碳氫化合物」進行多級梯次淨化。
3. 適織範疇與產品用途：噴氣織機具備極高入緯率（最高可達 $2000 \text{ m/min}$ 以上），適合大批量、標準化、高密度且緯紗抗拉強度適中之平織物（衣著、家飾及產用布）。

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解題方法

本題為專技高考之申論題，答題架構應以「原理機制 $\rightarrow$ 系統設計 $\rightarrow$ 實務應用」三層面切入，層次分明：

1. 加工原理：不可只泛論織造五大運動（開口、引緯、打緯、送經、捲取），必須深入剖析「主噴嘴加速出紗 $\rightarrow$ 異形筘槽匯聚射流 $\rightarrow$ 副噴嘴群組接力噴射 $\rightarrow$ 伸張噴嘴拉直緯紗 $\rightarrow$ 剪刀剪切與絞邊固定」的氣流動力學與機械協調循環。
2. 有效過濾設計：採用「氣源端 $\rightarrow$ 調理端 $\rightarrow$ 機台端」的多級防護流程圖思維，由粗至細逐層說明「初效進氣過濾 $\rightarrow$ 無油空壓壓縮 $\rightarrow$ 儲氣除水 $\rightarrow$ 冷凍/吸附乾燥 $\rightarrow$ 高效除油除微粒過濾 $\rightarrow$ 終端精密濾網」的具體配置標準與指標參數。
3. 產品用途：按紡織品三大終端領域（服飾用、家飾用、產業用）分類列舉具代表性布種，突顯噴氣織機高密、平整、高速的產出特性。

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選項分析

本題非選擇題，為專技高考申論評分架構拆解，各子題作答深度與評分焦點如下：

• 子題一：噴氣式織機製造織物的加工原理（佔分比重約 40%）

• 核心答題點：氣流摩擦牽引機制、主副噴嘴接力傳送、異形筘氣流通道作用、伸張與制動控制。

• 失分盲點：若僅寫出「用壓縮空氣把線吹過去」，未提及「副噴嘴分段依序吹氣」與「異形筘約束射流擴散」，將大量失分。

• 子題二：使用空氣之有效過濾與淨化系統設計（佔分比重約 35%）

• 核心答題點：三大污染物危害（固體、油、水）、多級淨化配置（初濾、油水分離、冷凍乾燥降露點、凝聚式精密微濾、活性碳吸附、機端保護濾網）。

• 失分盲點：僅回答「裝一個過濾器」，缺乏管路工程級的多段式概念與水蒸氣露點（Dew Point）控制概念。

• 子題三：產品用途（佔分比重約 25%）

• 核心答題點：細分成衣用高密織物（防羽布、襯衫府綢、牛仔布）、家飾醫療用布（床單布、醫用紗布）、產業用高科技織物（電子級玻璃纖維布、安全氣囊布）。

• 失分盲點：舉出過於粗劣或需複雜提花、厚重不規則之非適織物（如極粗重粗紡毛織物或超大循環多重提花厚絨布）。

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解題技巧

1. 圖解記憶法：在腦海中建立「空壓機 $\rightarrow$ 後冷卻器 $\rightarrow$ 儲氣桶 $\rightarrow$ 粗濾器 $\rightarrow$ 冷凍乾燥機 $\rightarrow$ 超精密微濾器 $\rightarrow$ 織機端穩壓與末端濾網」的動線，答題時以條列式由大至小、由前至後寫出過濾精度（如 $3\ \mu\text{m} \rightarrow 0.1\ \mu\text{m} \rightarrow 0.01\ \mu\text{m}$）。
2. 副噴嘴時序控制關鍵字：必須提及副噴嘴是「分組（一般 4～6 支為一組）、循序開啟、提早開啟、延遲關閉」，這是展現專業度的核心關鍵詞。
3. 產業用紡織品加分亮點：務必提及「電子級玻纖布（Printed Circuit Board, PCB 銅箔基板用基布）」與「汽車安全氣囊布（Airbag Fabric）」，此二者為當代高階噴氣織機最重要的旗艦產品。

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【答案】

一、噴氣式織機製造織物之加工原理

噴氣織機（Air-Jet Loom）係利用高壓壓縮空氣釋放時形成的高速氣流，在射流通道內對緯紗表面產生磨擦牽引力，將緯紗牽引並貫穿梭口完成引緯的無梭織機。其完整織造加工原理包含以下核心機制與運動流程：

1. 氣流摩擦牽引與引緯動力學

• 壓縮空氣自噴嘴噴出時轉化為高速動能，空氣流線沿緯紗表面流動產生剪切邊界層。
• 紗線所受之牽引力與空氣密度、紗線直徑、紗線表面毛羽程度及「氣流與紗線間的相對速度差之平方」成正比。

2. 引緯機構系統配置與接力協同作業

• 測長定長儲緯：緯紗由筒子架退繞，經電子儲緯器（Accumulator）利用擋紗針進行精確測長並暫存一緯長度。
• 串聯與主噴嘴（Tandem & Main Nozzle）加速：當梭口開啟至最大時，擋紗針脫開，主噴嘴電磁閥開啟，噴射出錐形高速氣流將緯紗自儲緯器拔出並施加初始加速度，送入梭口。
• 異形筘（Profiled Reed）氣流導槽：鋼筘前方具備凹槽式氣流通道，筘齒幾何結構能將發散的射流限制在槽內，大幅減少沿緯向的橫向氣流擴散與動能衰減。