凭借自身活性基团和微观结构,煤粉在填充橡塑材料方面潜力较大,均匀分散后可提高共混体系综合性能。高分子材料兼有轻质、高强、防腐等优点,但热稳定性、导热性能较差,因此在加工成型过程中,需添加粉体填料改性高分子材料,制备成填充型复合材料,起到降低成本、提高综合性能的作用。不仅如此,在复合材料设计过程中,通过合理的结构设计,可达到提高其力学性能的效果。本文通过有限元仿真分析,设计了一种方格芯材结构复合材料;利用煤粉（Coal）、鳞片石墨（FG）、碳纤维（CF）、碳化硅（Si C）四种填料,剖析了Coal-FG、Coal-CF、Coal-Si C三种复配体系,对复合材料力学性能、导热性能、热稳定性、结晶性能、微观形貌的影响,确定了最佳填料复配比;通过不同结构复合材料力学性能对比,分析了材料结构对填充型复合材料力学性能的影响。首先,利用ABAQUS有限元软件,基于等效方格芯材结构,建立方格芯材结构单轴拉伸、三点弯曲模型,进行两变形过程的求解分析。结果表明,芯材的加入可以分担部分应力,随着方格胞元壁厚增大,复合板Mises应力逐渐增大,壁厚为4mm时效果最优,两个过程的Mises应力值分别为26.28MPa和32.15MPa。通过测试复合材料的力学性能,验证了有限元仿真结果的可靠性,试验曲线与仿真曲线整体走势吻合,最终设计出方格胞元壁厚4mm、厚2mm的方格芯材结构。其次,分别将FG、CF、Si C通过硅烷偶联剂进行改性,而后与煤粉复配,制备不同配方的多元填充型复合材料,研究复配体系对复合材料性能的影响。研究表明,填料与基体界面模糊,结合牢固;在力学方面,片状FG有利于应力传递,与煤粉复配可提高复合材料力学性能,纤维状CF和球形Si C加入对复合材料弯曲强度有所降低,但随着含量增加,弯曲强度呈上升趋势;在导热方面,三种填料的加入均提高了复合材料的导热系数,其中Si C和煤粉复配时,实验结果与Maxwell-Eucken模型匹配度最高,模型计算结果与实验值误差小,误差最大时仅为6.9%;在热稳定性方面,复合材料的热降解过程均为单一失重阶段,随着升温速率的提高,复合材料热降解过程滞后明显,复配填料的加入均有利于提高复合材料的热降解表观活化能;在结晶方面,复合材料的结晶峰均为单峰,FG和Si C均有利于基体材料异相成核,能在较高温度下结晶,同时三种填料均有利于降低半结晶时间。最后,以HDPE为原料制备方格芯材,在FG、CF、Si C与煤粉质量比为1:1时,模压法制备了多元填充型方格芯材结构复合材料。测试复合材料的力学性能与挤出法制备的海-岛结构复合材料进行对比,探究了方格芯材对复合材料力学性能的影响。结果表明,模压法制备的方格芯材结构复合材料力学性能更优。其中,拉伸强度分别提高了5.47%、1.52%、3.23%,弯曲强度分别提高了5.79%、7.57%、6.51%,剪切强度分别提高了2.51%、3.26%、2.91%。HDPE以方格芯材形式存在,与PP接触面较少,热复合时间充裕,缺陷较少;方格芯材的加入可以优先分担部分应力,且由于是规则形状排列,能够更好分散外力。