技术领域
[0001] 本
发明涉及
汽车散热系统领域，具体为一种车辆
散热器保护装置。
背景技术
[0002] 目前散热器是汽车
发动机冷却系统的重要部件，主要通过空气与散 热器内的
冷却液进行热交换。在使用过程中，空气中的昆虫和其他固体 颗粒，容易堵住散热器芯中间的通孔，造成散热器的热交换能
力下降， 严重时会导致发动机
温度过高，造成发动机损坏。
[0003] 为解决上述问题，现有的技术方案主要有三种：一种是在散热器外 直接安装一层金属网，虽然能有效的避免昆虫或其他固体颗粒进入散热 器内，但是长时间使用后金属网孔同样会被堵住，导致气体阻力大，从 而使散热器的散热性能降低；另一种是在格栅之间设置较大的网孔，这 种方案虽然气体流阻小，但是不能防止较小的昆虫和固体颗粒进入散热 器内。还有一种是在进气格栅和散热器之间再设置一层片带式结构，虽 然能有效的阻挡昆虫和气体固体颗粒，但是长时间使用后，固体颗粒也 会导致
散热片和散热带之间的空隙被堵。
[0004] 另外，增加导热涂层，也是增加散热器性能的常用手段。但目前一 般的高热传导率的材料表面都是平滑疏
水状态，与外界
接触面积小；同 时，现在的
电子产品、机械设备都逐渐往轻薄短小化设计，传统过大的
传热材料已不再适用。因此，开发一种非平滑态、散热性能优异的导热 涂料，符合当今发展的趋势。
发明内容
[0005] 本发明的目的是提供一种结构简单合理的，能防虫防尘的，并且能 够自动清洁的车辆散热器保护装置。
[0006] 为实现上述发明目的，本发明所采用的技术方案是：包括镜像安装 的两
块弹簧片，所述弹
簧片中间部分为弧形两端为平板，所述弹簧片弧 形部分均匀的设置有通
风孔、平板端设置有夹紧孔，所述两块弹片之间 通过夹紧孔固定有金属网；还包括两个立柱，所述立柱为
钢管且
侧壁设 置有竖直的
定位槽，所述立柱底部
焊接有安装板，所述安装板设置有安 装孔，所述弹簧片一侧平板部分插入一立柱内并焊接在一起，所述弹簧 片另一平板部分插入另一立柱内。
[0007] 优选的，所述弹簧片为厚度等于0.8毫米的
不锈钢片。
[0008] 优选的，所述立柱为不锈钢管，所述安装板对称设置有两个安装孔。
[0009] 优选的，所述金属网由线径为0.2毫米的不锈钢轻
拉丝编织而成。
[0010] 优选的，所述弹簧片平板部分设置有两列夹紧孔。
[0011] 优选的，所述金属网外还包括一层导热涂层，所述导热涂层由导热 涂料制备而来，所述导热涂料按溶液体积份数，由13～30％的
二氧化
硅 溶胶、13～30％的氧化
石墨烯分散液、40～75％的聚苯乙烯乳液组成，且 所述
二氧化硅溶胶与氧化
石墨烯分散液等体积；
[0012] 所述二氧化硅溶胶的制备方法为：将正
硅酸己酯加入无水
乙醇中， 搅拌均匀，加入浓
氨水，45℃下搅拌12h，再加入乙烯基三乙氧基硅烷， 即得二氧化硅溶胶；其中，按体积份数，正硅酸己酯：无水乙醇：浓氨 水：A-151＝10：50～120：2～5:1；
[0013] 所述氧化石墨烯分散液的制备方法为：按重量，将1份氧化石墨烯 加入20～30份去离子水中，功率60W超声处理3h，即得氧化石墨烯分 散液；
[0014] 所述聚苯乙烯乳液的制备方法为：将苯乙烯
单体加入去离子水中， 再加入失水山梨醇单油酸酯聚氧乙烯醚，充分搅拌形成乳液，所得乳液 在70℃下通入氮气，再加入浓度为3％的过
硫酸铵水溶液，聚合反应7h， 得到聚苯乙烯乳液；其中，按重量份数，苯乙烯单体：去离子水：Tween 80：过硫酸铵水溶液＝1:3～7：0.05～0.10：0.1～0.3。
[0015] 优选的，所述导热涂料按溶液体积份数，由22％的二氧化硅溶胶、 22％的氧化石墨烯分散液、56％的聚苯乙烯乳液组成。
[0016] 优选的，所述导热涂层的制备方法为：将金属网浸入所述导热涂料 中，8～10min后取出，取出时间≤10s，在室温下干燥；重复上述操作 3次，干燥后在300℃下进行
热处理，即得导热涂层。
[0017] 优选的，所述导热涂层的制备方法为：所述浸泡时间为10min。
[0018] 发明具有以下有益效果：
[0019] 1、在汽车进气格栅和散热器之间设置不锈钢弹簧片和不锈钢轻拉 丝编织成金属网，弹簧片均匀的设置有通气孔，金属网可以有效的组织 空气中的昆虫和其他固体颗粒进入散热器，同时对气体的流动形成的阻 力小；金属网固定在弹簧片上，弹簧片一侧与立柱固定，一侧插在立柱 内能移动，当有较大固体颗粒进入装置时，较大固体颗粒对弹簧片的撞 击形成的振动，便可以对金属网形成不定期的清洁，同时金属网后还设 置有弹簧片可以防止金属网抖落的杂质进入散热器内。整个装置结构简 单、防虫防尘，并且能够自动清洁。
[0020] 2、本发明的导热涂层表面不同于常规的单一疏水结构表面，而是 呈现亲水-疏水混合表面，并且通过蜂窝表面结构，达到了超亲水-超疏 水混合表面的效果。针对水冷散热器，水达到一定温度后，在涂层表面 形成气泡，涂层表面的疏水区作为气泡成核点，有效促进气泡成核，提 高传热量；亲水区则限制了气泡在加热面上的铺展，提高了临界热流密 度。这种混合表面相对于普通单一疏水表面或者亲水表面具有更好的池
沸腾传热性能。
[0021] 3、石墨烯的导热系数高，
比表面积大，能显著提升涂料的导热性 能，被广泛的应用于各种涂料中，但石墨烯极易团聚，破坏了材料分散 的均匀性，导致涂料的综合导热性能降低。本发明将二氧化硅溶胶和氧 化石墨烯分散液一起加入聚苯乙烯乳液，一部分的二氧化硅和氧化石墨 烯通过静电作用力
吸附到聚苯乙烯乳胶粒表面；另一部分则分散在乳液 的水相中；并最终通过浸渍提拉法，形成氧化石墨烯和二氧化硅都分布 均匀的表面结构，极利于导热通路的形成。
[0022] 4、提高涂料的导热系数并不能完全提高其导热性能，还需要提高 涂料与界面之间的导热性能才能更快地将热量传递出去。通
过热处理分 解有机组分(聚苯乙烯)，涂层表面呈现多孔蜂窝状，相比于平滑的表 面具有更大的比表面积，更利于热量的传递。
附图说明
[0023] 图1为本发明的结构示意图；
[0024] 图2为本发明的立柱示意图。
具体实施方式
[0025] 结合图1、图2，一种车辆散热器保护装置，包括镜像安装的两块 弹簧片2，所述弹簧片2中间部分为弧形两端为平板，所述弹簧片2弧 形部分均匀的设置有
通风孔4、平板端设置有夹紧孔7，所述两块弹片2 之间通过夹紧孔7固定有金属网3。还包括两个立柱1，所述立柱1为 钢管且侧壁设置有竖直的定位槽8，所述立柱1底部焊接有安装板5， 所述安装板5设置有安装孔6，所述弹簧片2一侧平板部分插入一立柱 1内并焊接在一起，所述弹簧片2另一侧平板部分插入另一立柱1内。
[0026] 也就是说，金属网3放置在镜像安装的两块弹簧片2内，使用螺钉 穿过弹簧片2上的夹紧孔7，然后在另一块弹簧片2的夹紧孔7外设置
螺母，然后拧紧，通过弹簧片2的平板部分实现对金属网3的夹持。弹 簧片2弧形部分通过
冲压的方式，均匀设置通风孔4，一方面能够减少 装置对空气的阻力，另一方面可以减小弹簧片2的劲度系数。另外整个 装置设置有两个中空的钢管立柱1，其中一个立柱1通过安装板5上的 安装孔，使用
螺栓固定在进气格栅和散热器之间的车架上。
[0027] 弹簧片2和金属网3固定好之后，将其一侧平板部分通过定位槽8 插入另一个立柱1内，通过焊接的方式固定在一起，然后将弹簧2另一 侧平板部分通过定位槽插入固定在车架上的立柱1内，并将与弹簧片2 焊接在一起的立柱1固定在车架上。因此在使用中，当大的固体颗粒撞 击在栅格之后的弹簧片2，使弹簧片2可以在未焊接连接的立柱1内产 生相对移动，从而带动金属网3一起振动完成对金属网3的清洁，同时 金属网3后的弹簧片2可以有效阻挡金属网3抖落的杂质进入散热器。
[0028] 进一步的，所述弹簧片2为厚度等于0.8毫米的不锈钢片。应当理 解的是，弹簧片2由不锈钢制成，可以保证汽车在恶劣的环境下使用， 弹簧片2也不会生锈失效，延长该装置的使用寿命。另外弹簧片2过厚 的话，致使弹簧片2的劲度系数过大，从而需要过大的石子或者其他固 体撞击弹簧片2才能完成对金属网3的清洁，致使金属网3的清洁
频率 过低，影响散热器的散热效果；弹簧片2过薄，除
对焊接的工艺要求较 高外，还容易产生塑性
变形，严重时导致整个装置失效。
[0029] 进一步的，所述立柱1为不锈钢管，所述安装板5对称设置有两个 安装孔6。采用不锈钢管制成立柱1，一方面可以防止立柱生锈，保证 装置的结构强度；另一方面，只需去掉不锈钢管一侧的很少的部分便可 形成定位槽8，方便加工。虽然整个装置的受力不大，但是通过一个安 装孔6固定立柱，汽车在运行时产生的振动，容易导致立柱松动；严重 时，可使弹簧片2从立柱1的定位槽8内脱落，从而对整个装置造成损 坏。
[0030] 进一步的，所述金属网3由线径为0.2毫米的不锈钢轻拉丝编织而 成。不锈钢轻拉丝具有较柔软，抗疲劳，有一定的延伸力的特点，因此 金属网3由不锈钢轻拉丝编织成，不仅能够防止金属网生锈，同时能够 经受住装置的振动，保证装置的使用寿命。另外，使用过粗的不锈钢轻 拉丝，编织成的金属网3网孔过大，保护效果差；使用过细的不锈钢轻 拉丝，强度不够，容易被高速尖锐的固体颗粒割断，从而破坏金属网3。
[0031] 进一步的，所述弹簧片2平板部分设置有两列夹紧孔7。可以理解 的是，设置两列夹紧孔7，可以使弹簧片2更加牢靠的夹持住金属网3， 防止金属网3脱落，延长整个装置的使用寿命。
[0032] 进一步的，所述金属网3外还有导热涂层，帮助提升散热器的散热 效果。所述导热涂层的制备方法为：
[0033] 1、制备二氧化硅溶胶：将正硅酸己酯加入无水乙醇中，搅拌均匀 后再加入浓氨水，45℃下搅拌12h，再加入乙烯基三乙氧基硅烷(A-151)， 即得具有疏水性能的二氧化硅溶胶；其中，按体积份数，正硅酸己酯： 无水乙醇：浓氨水：A-151＝10：50～120：2～5:1。
[0034] 2、制备氧化石墨烯分散液：将由Hummers法制备的氧化石墨烯加 入到去离子水中，超声处理3h(功率60W)，即得氧化石墨烯分散液； 其中，按重量份数，氧化石墨烯：去离子水＝1:20～30。
[0035] 3、制备聚苯乙烯乳液：将苯乙烯单体加入去离子水中，再加入失 水山梨醇单油酸酯聚氧乙烯醚(Tween 80)，充分搅拌形成乳液，所得 乳液在70℃下通入氮气，再加入浓度为3％的过硫酸铵水溶液，聚合反 应7h，得到聚苯乙烯乳液；其中，按重量份数，苯乙烯单体：去离子水： Tween 80：过硫酸铵水溶液＝1:3～7：0.05～0.10：0.1～0.3。
[0036] 4、将上述二氧化硅溶胶、氧化石墨烯分散液、聚苯乙烯乳液混合 形成涂料胶体，将金属网浸入涂料
胶体溶液中，8～10min后取出，取出 时间≤10s，以保证载体上涂层的均匀性，在室温下干燥；重复上述操 作3次，干燥后在300℃下进行热处理，即得具有亲疏水性混合蜂窝状 导热涂层；其中，按溶液体积份数比，二氧化硅溶胶：聚苯乙烯乳液： 氧化石墨烯分散液＝13～30％:40～75％：13～30％；且二氧化硅溶胶与 氧化石墨烯分散液等体积。
[0037] 下面结合具体实验对本发明进一步阐释。另外，使用上述范围内的 技术方案制备的氧化石墨烯分散液制备导热涂料/涂层，最终导热性能 相当，故未在实验中展示制备氧化石墨烯分散液的参数。下述实验中为 方便操作，均采用氧化石墨烯：去离子水＝1:25。
[0038] (1)制备对照组：按上述方法，制备氧化石墨烯分散液，氧化石 墨烯：去离子水＝1:25。制备聚苯乙烯乳液，苯乙烯单体：去离子水： Tween 80：过硫酸铵水溶液＝1:5：0.07：
0.25。不添加二氧化硅溶胶， 氧化石墨烯分散液：聚苯乙烯乳液＝44％：56％。提拉速度为
10cm/min， 制备涂层，作为对照组。
[0039] (2)优选二氧化硅溶胶的制备参数
[0040] 1)按上述方法，制备二氧化硅溶胶10组，具体参数如表所示。制 备氧化石墨烯分散液，氧化石墨烯：去离子水＝1:25。制备聚苯乙烯 乳液，苯乙烯单体：去离子水：Tween 80：过硫酸铵水溶液＝1:5：0.07： 0.25。二氧化硅溶胶：聚苯乙烯乳液：氧化石墨烯分散液＝22％：56％： 22％。提拉速度10cm/min，制备涂层10组。
[0041] 表1二氧化硅溶胶具体参数
[0042]组别 无水乙醇 浓氨水
组1 50 3
组2 70 3
组3 90 3
组4 100 3
组5 110 3
组6 120 3
组7 100 2
组8 100 4
组9 100 5
组10 100 3
[0043] 2)导热系数测试：采用C-THERM TCI导热系数测量仪，测试温度 为20℃，对上述10组涂层进行导热系数测试。结果如表2所示。
[0044] 表2导热系数展示
[0045]
[0046]
[0047] 3)冷热循环升降温速度测试：将金属网内部通入50％的乙二醇和 50％的水(体积比)。施加100kPa±20kPa的压力，以10℃到90℃进行 温度循环，记录各涂层材料10℃到90℃升温过程所需时间，以及90℃ 到10℃降温过程所需时间。结果如表3所示。
[0048] 表3冷热循环升降温效果展示
[0049]组别 升温时间(min) 降温时间(min)
组1 15.6 5.4
组2 15.4 5.3
组3 15.3 5.8
组4 15.7 5.3
组5 16.1 5.5
组6 16.2 5.5
组7 15.8 5.7
组8 15.9 5.6
组9 15.8 5.4
组10 15.7 5.3
对照组 6.5 18.9
[0050] 从上述表2、表3可以看出，使用在本发明限定的范围内制备的二 氧化硅溶胶，对最终导热涂料的性能影响差异不大，效果相当。
[0051] 使用纯的氧化石墨烯，导热系数非常高，但在升降温试验中，导热 系数较高的纯氧化石墨烯涂层升温时间显著低于本发明各组，降温时间 显著高于本发明各组，说明其导热性能明显弱于本发明制备的复合涂层 材料。
[0052] (3)优选聚苯乙烯乳液的制备参数
[0053] 1)按上述方法制备聚苯乙烯乳液8组，具体参数如表4所示。按 实验(2)组4的方法制备二氧化硅溶胶8组；制备氧化石墨烯分散液， 氧化石墨烯：去离子水＝1:25。按照二氧化硅溶胶：聚苯乙烯乳液： 氧化石墨烯分散液＝22％：56％：22％，提拉速度10cm/min，制备涂层8 组。
[0054] 表4各组具体参数
[0055]组别 去离子水 Tween 80 过硫酸铵水溶液
组1 3 0.07 0.25
组2 5 0.07 0.25
组3 7 0.07 0.25
组4 5 0.05 0.25
组5 5 0.10 0.25
组6 5 0.07 0.10
组7 5 0.07 0.20
组8 5 0.07 0.30
[0056] 2)按上述方法测试导热系数，结果如表5所示。
[0057] 表5导热系数展示
[0058]
[0059]
[0060] 3)按上述方法测试升降温效果，结果如表6所示。
[0061] 表6冷热循环升降温效果展示
[0062] 组别 升温时间(min) 降温时间(min)组1 15.2 5.5
组2 15.4 5.4
组3 15.3 5.5
组4 15.0 5.6
组5 15.1 5.7
组6 15.0 5.6
组7 15.3 5.5
组8 15.2 5.5
[0063] 从上述表5、表6可以看出，使用在本发明限定的范围内制备的聚 苯乙烯乳液，对最终导热涂料的性能影响差异不大，效果相当。
[0064] (4)优选导热涂料的制备参数
[0065] 1)按实验(2)组4的方法制备二氧化硅溶胶5组；按实验(3) 组2的方法制备聚苯乙烯乳液5组；按照氧化石墨烯分散液，氧化石墨 烯：去离子水＝1:25，制备氧化石墨烯分散液5组。按上述方法制备5 组涂层，具体制备涂层的参数如表7所示。
[0066] 表7各组具体参数
[0067]
[0068]
[0069] 2)按上述方法测试导热系数，结果如表8所示。
[0070] 表8导热系数展示
[0071]组别 导热系数(W/(m*K))
组1 16.5
组2 23.2
组3 26.1
组4 28.9
组5 30.1
组6 25.1
组7 23.2
对照组 39.8
[0072] 3)按上述方法测试升降温效果，结果如表9所示。
[0073] 表9冷热循环升降温效果展示
[0074]
[0075]
[0076] 从表8、表9可以看出，随着氧化石墨烯添量的增加，导热系数不 断增加，但升降温效果时并不完全如此。氧化石墨烯和二氧化硅添量过 低，无法有效形成蜂窝状结构，升温变快，降温变慢；氧化石墨烯添量 过高，升降温效果也不理想。
