在电子元器件、芯片、航空航天设备以及工业换热器等多个领域的散热设备中,聚乙烯基复合材料由于具有良好的电绝缘性、机械性能、抗疲劳性能、轻质、廉价等优势已经得到了广泛应用,但是其导热性能仍低于传统的导热材料。为了进一步提升聚乙烯基复合材料的导热性能,本文通过有限元软件与遗传算法耦合,在较低高导热材料填充比情况下,对聚乙烯基复合材料进行优化设计,并通过实验方法对聚乙烯基复合材料的导热性能进行研究及优化。本文首先使用单目标遗传算法对高密度聚乙烯/氧化铝（HDPE/A1₂O₃）复合材料进行优化设计,氧化铝粒子体积填充比V_f=15%,优化过程中以氧化铝粒子的坐标为优化变量,以复合材料的导热系数为优化目标,选择同一粒径和两种不同粒径的氧化铝粒子分别优化,最终获得了不同情况下优化后氧化铝粒子的分布。优化结果表明,单一粒径A1₂O₃粒子填充的复合材料导热系数由0.3601W/（m·K）提高到0.7992W/（m·K）,两种不同粒径A1₂O₃粒子填充的复合材料导热系数由0.3686W/（m·K）提升至1.1057W/（m·K）,分别提升至优化前的2.22倍和3倍。在体积填充比V_f=15%的情况下,对同一粒径不同数量氧化铝粒子填充的高密度聚乙烯复合材料进行优化设计和对比。优化结果表明,3种不同A1₂O₃粒子数量填充的HDPE/A1₂O₃复合材料在优化之后导热系数相比优化之前均有大幅度提升,填充数量为15的HDPE/A1₂O₃复合材料的导热系数由0.3601W/（m·K）提高到0.7992W/（m·K）,填充数量为30的HDPE/A1₂O₃复合材料的导热系数由0.3491W/（m·K）提高到0.9081W/（m·K）,填充数量为40的HDPE/A1₂O₃复合材料的导热系数由0.3352W/（m·K）提高到1.035W/（m·K）,分别提升至优化前的2.22倍、2.61倍和3.08倍。本文引入了火积耗散极值原理和?损最小化原理作为性能评价指标,与直接采用导热系数为评价指标的优化工作进行对比。在体积填充比V_f=15%的情况下,对同一HDPE/A1₂O₃复合材料模型采用3种不同的评价指标进行优化。优化结果表明,3种性能评价指标优化后均能获得有利于热量传导的A1₂O₃粒子分布,形成了贯穿复合材料的能够高效导热的粒子“通路”。在本文优化工作中,由于优化过程各个填充粒子存在不相交、不重叠的限制,优化过程中引入了罚函数的方法解决此问题。罚函数法是一种将有约束的最优化问题转化为无约束最优化问题的方法,主要用于处理高度非线性化约束。最后,本文使用粉末共混熔融法制备了高导热聚乙烯/鳞片石墨（HDPE/FG）复合材料,并且通过改变不同粒径填料的配比和基体材料的粒径对其导热性能进行优化。实验结果表明,当不同粒径基体材料HDPE的质量填充比为45%250μm+10%20μm+5%2μm（HDPE）,不同粒径填充材料FG质量填充比为20%500μm+10%200μm+5%20μm+5%2μm（FG）时,所制备的HDPE/FG样品导热性能最好,其导热系数高达2.853 W/（m·K）。