109 專技高考高等考試 紡織工程技師 紡紗工程 考古題詳解

核心觀念

本題考查開清棉（blowroom）流程的設備排列，以及少量先染纖維如何併入純棉原料。題目中的「先染纖維」是指纖維在紡紗前已染色；配棉比例為先染纖維 $5\%$、原棉 $95\%$。

開清棉的基本任務依序是抓取原料、初步開鬆、混合、清除雜質、進一步開鬆與清棉，最後均勻供給梳棉機。設備排列會因機台型式與廠房配置而有差異，作答時應交代各段功能及先染纖維的加入位置。

解題方法

以原棉與先染纖維分別開鬆、按比例混合，再進行後續混棉與清棉，是本題的標準安排。將先染纖維在混棉段加入，可讓兩種纖維充分混合；之後再進行清棉與梳棉，使纖維束進一步開鬆並形成均勻棉網。

設備流程可寫為：

其中，若設備配置採用成卷式流程，細清棉後可接成卷機，形成棉卷再送入梳棉機；若採棉箱直接供棉，則由棉箱均勻餵入梳棉機。

先染纖維的配比依重量計算。設總混合量為 $M$，則：

核心觀念

本題考梳棉機各工作元件的表面速度、牽伸倍數及產量換算。直徑以英吋、轉速以 rpm 表示時，元件表面速度為：

總牽伸倍數是輸出線速度與喂入線速度之比。棉網經圈條壓輥後的張力比為 $1:1.05$，表示壓輥線速度是棉網線速度的 $1.05$ 倍。棉條產量則由棉條線密度乘以輸出長度求得。

解題方法

先計算喂棉羅拉、道夫及錫林的表面速度：

（一）總牽伸倍數與移行率速比

總牽伸倍數以圈條壓輥輸出速度除以喂棉羅拉輸入速度：

移行率速比採道夫與錫林表面速度之比：

故移行率速比為 $1:7.94$，亦即道夫表面速度約為錫林的 $12.6\%$。

（二）每台每天產量

棉條規格 $500\ \mathrm{gr}/6\ \mathrm{yd}$ 中，$\mathrm{gr}$ 為英制格令（grain），$1\ \mathrm{gr}=0.0648\ \mathrm{g}$。棉條單位長度重量為：

核心觀念

三線式併條機的羅拉隔距，應使纖維在牽伸時受到適當控制：隔距過大，短纖維容易游離而造成牽伸不勻；隔距過小，長纖維可能同時受前、後羅拉握持，造成牽伸阻力、纖維損傷或斷頭。

隔距設定主要考量：

• 纖維長度：纖維越長，隔距通常越大。
• 纖維細度：細纖維數量較多，對纖維控制及牽伸均勻性的要求較高。
• 斷裂伸率：伸率較高的纖維在牽伸中較容易伸長，設定時須避免因握持距離不合適而造成牽伸不穩。
• 牽伸區位置：初牽伸區通常設得較寬；主牽伸區負責主要牽伸，設定應較窄，以便控制纖維。

一般實務原則是依纖維長度加上適當裕量設定：合成纖維的初牽伸隔距可取纖維長度的約 $1.20\sim1.30$ 倍，主牽伸隔距可取約 $1.05\sim1.10$ 倍；棉纖維則常以纖維長度加固定毫米數設定。實際機台刻度與隔距仍須配合機型及試紡結果調整。

解題方法

題目給定聚酯纖維長度 $38\ \mathrm{mm}$、細度 $1.4\ \mathrm{denier}$、斷裂伸率 $25\%$；棉纖維長度 $30\ \mathrm{mm}$、細度 $4.0\ \mathrm{Micronaire}$、斷裂伸率 $15\%$。

混紡時以組成比例估算混合纖維的平均長度：

$4.0\ \mathrm{Micronaire}$ 是棉纖維的細度指標；它與聚酯的 denier 不是同一單位，不能直接當成 $4.0$ denier 代入。不過兩者的細度資料可用來判斷牽伸控制需求。

• $100\%$ 聚酯：$\bar L=38\ \mathrm{mm}$。
• $65/35$ 聚酯／棉：

• $30/70$ 聚酯／棉：

核心觀念

本題比較三種名稱相近、但加工對象和成紗機制不同的技術：

1. 噴氣假撚加工紗（air-jet textured yarn）：加工對象是連續長纖多絲紗，以壓縮空氣使長絲形成圈結與交絡，賦予蓬鬆、仿短纖紗的外觀。
2. 噴氣紡紗（air-jet spun yarn）：加工對象是短纖維條，以噴流產生的扭矩，使部分表層纖維包纏在纖維芯層外，形成束纏紗。
3. 渦流紡紗（vortex spun yarn）：同樣以短纖維為原料，但利用較強的三維渦流，使較多表層纖維沿特定方向包纏纖維芯層；可視為噴氣紡紗發展出的渦流成紗方式。

辨別三者的關鍵，是先確認原料是連續長絲還是短纖維，再看壓縮空氣是用來造成「長絲交絡成圈」，還是用來使「短纖包纏成紗」。

解題方法

依序說明每種技術的紡製原理，再從原料長度與種類、紗線結構、外觀手感、強力與加工效率比較。須特別避免把「噴氣假撚加工」誤認為「噴氣紡紗」：前者沒有把長絲切成短纖，也不是以短纖加撚成紗。

一、噴氣假撚加工紗

紡製原理

噴氣假撚加工紗的原料為連續長絲多絲紗，常用聚酯、尼龍等合成纖維長絲。紗線以一定超喂率送入噴嘴，壓縮空氣在噴嘴內形成高速紊流，使各單絲受到氣流拖曳而偏移、分散、捲曲，產生圈狀、弧狀或纏結結構；部分單絲互相交絡，固定這些圈結並提高紗線的蓬鬆度。

此處的「假撚」是指紗線在噴氣作用下形成類似撚曲、圈結的加工效果；其核心成紗效果是長絲間的機械交絡與變形，不是短纖束受到永久真撚而形成的紡紗結構。

原料應用與成紗特性

• 原料類別：連續長絲多絲紗，可使用單一材料或不同長絲組合；超喂率、長絲種類及加工條件會影響圈結與蓬鬆程度。
• 成紗特性：外觀蓬鬆、較有覆蓋性，具有仿短纖紗的表面與手感；圈結、交絡使其結構穩定，通常彈性不如假撚加工的彈性長絲紗。紗線仍以連續長絲為主，並非短纖紗。

二、噴氣紡紗

紡製原理

噴氣紡紗以短纖維條為原料。纖維條先經牽伸裝置拉細，前羅拉輸出的纖維束進入噴嘴區。高速氣流使纖維束受到旋轉氣流作用：部分纖維芯層保持大致平行，部分邊緣纖維則因受氣流帶動而回轉，包纏於芯層外圍，形成具有平行纖維芯層與束纏表層的紗線結構，常稱束纏紗（fasciated yarn）。

常見的雙噴嘴系統以不同方向或強度的氣流形成假撚效應；纖維束經過噴嘴後，芯層纖維大致解撚或維持平行，部分表層纖維則包纏成紗。因此，成紗不是所有纖維都以相同方式加撚。

原料應用與成紗特性

• 原料類別：短纖維，包括棉、聚酯等合成短纖，以及棉／聚酯混紡等。纖維長度與均勻度須適合牽伸及噴嘴成紗。
• 成紗特性：紗芯多為大致平行的纖維，少數表層纖維負責束纏與抱合。紗線毛羽較少、外觀較平滑，且可採高速生產；

核心觀念

本題考環錠紡紗與絡筒的基本產量計算，包括英制支數 $N_e$、英制撚係數、牽伸倍數，以及紗管與絡筒滾筒的周速關係。

• $N_e$ 定義為每磅紗所含的 840 yd 長度數。
• 粗紗規格為 $250\ \mathrm{gr}/30\ \mathrm{yd}$，其中 $1\ \mathrm{lb}=7000\ \mathrm{gr}$。
• 細紗撚係數採英制定義：$\alpha_e=N_e^{1/2}TPI$。
• 紡紗時，錠子每轉一圈形成一個紗線捻回；前羅拉送出的長度則由羅拉周速決定。

解題方法

（一）每台每天產量

先由撚係數求每英吋撚數：

錠子轉速為 $18000\ \mathrm{rpm}$，因此每錠每分鐘紡出的長度為：

換算為 yd/min：

每錠每天產出的長度（以每日運轉 24 小時計）：

$N_e=25$ 表示每磅紗有 $25\times840=21000\ \mathrm{yd}$，故每錠每天產量為：

每台有 1120 錠；以每件 400 lb 計：