109 專技高考高等考試 紡織工程技師 織物整理工程 考古題詳解

核心觀念

抗紫外線紡織品是藉由纖維、紗線、織物結構或後整理，降低紫外線穿透織物的機能性紡織品。題目重點在於說明為何需要抗紫外線、織物如何阻隔紫外線，以及如何製成並應用。

太陽紫外線主要分為 UVA（約 320–400 nm）與 UVB（約 280–320 nm）。過量曝曬可能造成曬傷、皮膚老化、色素沉著及皮膚癌，也可能傷害眼睛。紫外線亦會使紡織材料褪色、劣化或強度下降。因此，抗紫外線紡織品除了保護穿著者，也可用於延長材料及被覆物的戶外使用壽命。

衡量織物防護能力常用紫外線防護係數（Ultraviolet Protection Factor, UPF）。UPF 表示未經織物防護與經織物防護後，皮膚受紫外線有效照射量的比值；UPF 越高，代表穿透織物的有效紫外線越少。以概念式表示：

其中，$E_{\lambda}$ 為不同波長的太陽光譜輻照度，$S_{\lambda}$ 為紅斑作用光譜權重，$T_{\lambda}$ 為織物在該波長的透射率。分母納入織物透射率，因此透射率降低，UPF 即提高。

抗紫外線原理

紫外線照射到織物時，能量可由反射、吸收及散射等作用降低穿透量；未被阻隔而穿過織物的部分則稱為透射。

1. 吸收：紫外線吸收劑吸收特定波長的紫外線，將光能轉為熱能或其他較低危害形式的能量，再釋放出去，減少紫外線穿透。常見有機吸收劑包括苯并三唑類、二苯甲酮類及水楊酸酯類。
2. 反射與散射：無機粒子或具反射性的材料將紫外線反射或改變傳播方向，降低直達皮膚的能量。常見無機遮蔽劑包括二氧化鈦（TiO₂）及氧化鋅（ZnO）；其粒徑、分散狀況與附著量會影響防護效果。
3. 增加織物遮蔽：提高織物厚度、面密度與覆蓋率，或降低孔隙率，可減少紫外線由織物孔隙直接穿透。緊密織造、深色染料或含紫外線吸收基團的纖維，亦可提高防護能力。

實際 UPF 會受纖維種類、紗線線密度、織物組織與密度、顏色及染料、整理劑、含水狀態、伸長程度與洗滌耐久性等因素影響。評估產品時應以成品狀態測試，不能只依整理劑種類判定其防護等級。

製造方法

1. 由纖維與織物結構設計

選擇本身較能吸收紫外線的纖維，或使用較高面密度、較緊密組織及較低孔隙率的布料。經編、緊密梭織、雙層布等結構，可降低紫外線由孔隙穿透的機會。

核心觀念

安全氣囊織物是汽車被動安全系統中的承力與緩衝材料。碰撞感測器觸發充氣器後，織物囊袋須在極短時間內展開，承受充氣壓力與乘員衝擊，再以設計好的速度洩氣，降低乘員減速度。因此，安全氣囊織物不是單純追求「完全不透氣」或「強度愈高愈好」，而是要在快速充氣、保持囊袋形狀、控制洩氣、吸收能量、耐久與可折疊收納之間取得平衡。

本題的作答主軸為「材料種類與特性 → 織物構造與後整理 → 製袋方法 → 應用實例」。題目沒有要求計算，也沒有選項；重點是將纖維性能與氣囊使用條件連結說明。

材料種類與材料特性

1. 主要纖維材料

**聚醯胺 6,6（PA 6,6，尼龍 66）**是傳統汽車安全氣囊最常用的材料，通常使用高強力、多股長纖絲紗。其優點包括：

• 比強度高、耐撕裂及耐磨耗：薄而輕的織物仍可承受快速充氣時的應力。
• 韌性與延伸性良好：受衝擊時可變形並吸收能量，降低織物突然破裂的風險。
• 耐折疊與耐疲勞性佳：適合長期摺疊收納於方向盤、儀表板或車體側面。
• 織造加工性佳：可製成緊密平織物，並配合塗層、裁切與縫製。
• 吸濕性較聚酯高：環境濕度會影響尺寸與機械性能的穩定度，因此需納入材料設計與耐久評估。

**聚酯纖維（PET）**亦用於部分氣囊，具有成本與尺寸穩定方面的優勢，且吸濕率較低，潮濕環境下尺寸變化較小。其纖維模數、韌性、熱性能及縫線表現與尼龍 66 不同，不能視為可直接等量替換的材料；應依氣囊位置、充氣器條件及囊袋設計驗證。

其他材料包括尼龍 6、尼龍 4,6，以及高性能芳香族聚醯胺等；可依特定耐熱、強度或設計需求使用。考試作答時，應以尼龍 66 為主，再補充聚酯與其他材料，不宜將較少見材料寫成主要材料。

2. 對纖維與織物的性能要求

安全氣囊材料須具備：

• 高拉伸強度、撕裂強度及接縫強度，避免充氣時破裂。
• 適當伸長與能量吸收能力，使囊袋受力時能緩衝。
• 耐熱、耐老化及耐濕熱性能，以承受充氣熱氣體與長期車內環境。
• 良好的尺寸穩定性、耐折性及耐疲勞性，確保多年收納後仍可正常展開。
• 合宜的透氣度與氣密性，控制充氣速度、保壓時間及洩氣速度。
• 低質量、薄而柔軟、易折疊；同時須有穩定的裁切與縫製性能。

解題方法：由使用條件推導製程

可先從安全氣囊的功能推導材料與製程需求：快速充氣要求織物強韌、低透氣且結構緊密；乘員緩衝要求囊袋具有適當變形與洩氣能力；長期收納則要求耐老化、耐折與低體積。接著依序說明纖維、織造、後整理、製袋與應用，便能完整回答題目四個部分。

製造方法

1. 紗線與織物製造

使用高強力多股長纖絲紗，經整經、必要的上漿與織造製成緊密織物。平紋組織交織點多、結構穩定，是常見的安全氣囊織物組織。經緯密度、紗線線密度及織物組織會共同影響強度、厚度、柔軟度與透氣度。

2. 前處理

核心觀念

阻燃紡織品的目的，是降低材料被引燃的機率、減慢火焰蔓延，並使火源移開後能較快自熄；「阻燃」不等於完全不燃，也不代表穿著者在火場中不會受熱或灼傷。題目主要考查三件事：如何評估燃燒行為、阻燃劑如何中斷燃燒、以及如何把阻燃性製入或整理到紡織品中。

紡織材料燃燒大致經歷：纖維受熱分解，產生可燃揮發物；揮發物與空氣中的氧混合後燃燒；燃燒所放出的熱再回傳至布面，使更多纖維熱裂解。阻燃方法便是抑制這些步驟中的一個或數個環節。

解題方法：先測試，再解釋機理與製法

作答時，先依產品用途說明測試方法及判定項目，再以凝聚相、氣相及物理屏障整理阻燃機理，最後按纖維本質、聚合物製程及布面後整理歸納製造方法，並配合應用實例。阻燃性能須依指定產品標準、試樣狀態及清洗條件判定；沒有一項測試能代表所有用途。

阻燃測試

常見測試包括：

1. 垂直燃燒／有限火焰蔓延測試 將規定尺寸試片垂直懸掛，在下端施以規定火焰及時間，測量續燃時間、陰燃時間、炭化長度或損毀長度，並觀察是否有熔滴、熔滴是否引燃下方指示物。常用方法包括 ASTM D6413、ISO 15025。防護衣布料常以此類測試評估有限火焰蔓延性能。

2. 水平燃燒測試 試片水平放置並受火，測量火焰沿布面蔓延的速率或燃燒距離，適用於特定服裝及內裝材料規格。美國服裝紡織品易燃性規範 16 CFR Part 1610 即採用相關程序；兒童睡衣另有不同適用規範，不可混用判定。

3. 窗簾、布幕及懸掛材料測試 NFPA 701 評估窗簾、布幕等材料受火後的燃燒及質量損失等表現，適用於其規範涵蓋的材料與用途，不能逕自當成服裝測試標準。

4. 極限氧指數（LOI） 依 ASTM D2863 測定材料在氧氣與氮氣混合氣體中維持燃燒所需的最低氧濃度，以氧體積百分率表示。LOI 越高，通常表示在該試驗條件下越不易持續燃燒；但它不是實際火場的直接預測值，也不能取代產品規範要求的火焰測試。

5. 熱釋放及熱危害評估 錐形量熱儀等方法可測熱釋放速率、總熱釋放量、引燃時間及煙等燃燒特性，用於材料或產品的火災性能評估。

測試結果須連同試片厚度、布種、面密度、整理劑用量、調濕條件及清洗前後狀態解讀。洗滌或乾洗可能移除、破壞或改變阻燃整理，因此耐久型產品通常須按規範完成指定清洗程序後再測。

阻燃原理

一、凝聚相作用 阻燃劑促使纖維在受熱時較早脫水、交聯或碳化，增加炭層生成，減少可燃揮發物。以棉等纖維素材料為例，含磷阻燃劑可形成磷酸性物質，催化脫水與成炭；生成的炭層隔熱、隔氧，降低熱量及可燃氣體傳輸。這是纖維素織物常見的重要機理。

二、氣相作用 某些阻燃劑在熱裂解時產生能抑制火焰自由基反應的物種，降低火焰中維持燃燒的活性自由基；也可釋出不燃氣體，稀釋可燃氣體與氧氣。含鹵阻燃系統與部分磷系阻燃劑可具有氣相作用，但實際機理依阻燃劑、纖維基材及配方而異。

三、形成屏障或促進自熄 無機填料、塗層或膨脹型整理可在受熱時形成隔熱、隔氧層，減少熱與質量傳遞。熱塑性纖維受熱收縮、遠離火源，也可能降低燃燒蔓延；但若熔融滴落，會造成燙傷或引燃其他物品，仍須一併評估。

製造方法與應用實例

1. 採用本質阻燃纖維

核心觀念

絕熱紡織品的目的，是降低人體與外界之間的熱交換，使人體在寒冷環境中維持舒適；其保暖效果主要來自降低熱傳導與熱對流，並適度抑制熱輻射及水分蒸發造成的熱損失。題目重點在於說明織物如何藉由纖維、紗線與織物結構留住靜止空氣，再說明相應的製造方法與用途。

空氣的熱傳導率低，因此保溫材料通常不是單靠厚重纖維本身阻熱，而是利用纖維間、紗線間及織物層間的細小空隙，固定大量不易流動的空氣。設計時須避免孔隙過大而形成空氣循環，也須避免織物受壓、受潮後孔隙塌陷，使保溫效果下降。

織物熱阻可用下式表示：

其中 $R$ 為熱阻、$d$ 為材料厚度、$k$ 為有效熱傳導率。一般而言，增加有效厚度並降低有效熱傳導率，可提高熱阻；但過度增加厚度會影響穿著活動性。分層穿著可利用各層之間的靜止空氣層增加整體熱阻。

織物設計與特性

1. 纖維與纖維截面設計

可選用中空纖維、異形截面纖維、捲曲纖維、細旦纖維或蓬鬆纖維。中空與異形截面可在纖維內或纖維間形成空氣空間；捲曲與蓬鬆結構則有助於建立較高的蓬鬆度（loft），並提升織物的厚度與含氣量。纖維細而分散時，也能形成較多微小孔隙，減少空氣流動。

2. 紗線與填充層設計

使用蓬鬆紗、膨體紗、複合紗或纖維絮片，可提高織物的蓬鬆度與保暖性。填充材料需有足夠的回彈性，使織物受壓後仍能恢復厚度；若反覆壓縮後無法回復，留存空氣量會降低，保暖性也會衰退。

3. 織物組織與層次設計

可採用起毛或刷毛表面、鬆結構針織物、絨類織物、雙層或多層織物、夾層填充物，以及三明治結構或三維間隔織物。這些設計可增加織物厚度與孔隙，並將空氣固定在織物內。三維間隔織物以間隔紗連接表裡層，兼具厚度與支撐性，適用於需要維持形狀的產品。

4. 外層與輻射熱管理

服裝外層可採較緻密的織物或表面整理，降低風穿透造成的強制對流；同時仍須兼顧水蒸氣排出，避免汗液累積使內層受潮。若使用低放射率或具反射性的表面層，可減少部分輻射熱交換。外層防風、防潑水與內層排濕須一併考量，才能兼顧保暖與穿著舒適。

5. 絕熱織物的主要特性

• 熱阻較高、有效熱傳導率較低。
• 結構蓬鬆且含有大量靜止空氣，通常能在低重量下提供保暖性。
• 厚度、密度、孔隙大小、含氣量與壓縮回復性會影響保溫效果。
• 受壓後孔隙減少，保溫能力會下降；吸濕或受潮後，空氣被水分取代，也會增加熱傳導與蒸發散熱。
• 穿著時仍須平衡保暖性、透氣性、水蒸氣傳輸性、柔軟性、耐洗性與活動性。

解題方法

依照「降低熱傳路徑 → 說明織物結構 → 對應製造技術 → 舉出使用情境」作答。先指出絕熱的核心是利用低熱傳導率的空氣與多孔結構降低熱交換；接著由纖維、紗線、組織及層次設計說明如何留住空氣；再依設計逐項說明其加工或製造方式；最後以服裝、睡袋、保暖寢具及工業隔熱等用途作結。

作答時要區分「蓄熱」與「絕熱」：絕熱主要是降低熱流動、減少熱損失；蓄熱材料則是儲存熱能或藉相變吸收、釋放熱量。相變材料可用於溫度調節，但不應取代絕熱結構的說明。

製造方法與應用實例