碳纳米纤维（CNF）增强的超高分子量聚乙烯（UHMWPE）复合材料是一种综合性能十分优异的生物材料,作为人工关节的衬套材料表现出了良好的应用前景,但其在人体内服役期间往往会出现老化、过度变形或疲劳断裂等问题,这会严重影响人工关节的服役寿命。本文根据ASTM超高分子量聚乙烯加速老化标准对纯UHMWPE和UHMWPE/CNF复合材料进行了不同时间（0,1,3,5,8周）的加速老化实验。通过差示扫描量热（DSC）和傅里叶红外变换光谱（FT-IR）对老化后试样进行表征,发现CNF的加入加深了老化的程度。其老化机理类似于聚乙烯的低温热氧化,最终老化产物为酮、羧酸、酯等稳定的羰基化合物。通过表面微观形貌观测发现老化会使复合材料表面出现裂纹,翘曲乃至龟裂。测量不同老化时间下UHMWPE和UHMWPE/CNF的硬度发现随着老化时间的增加,纯UHMWPE和UHMWPE/CNF复合材料的硬度均呈现先增大后减小的变化规律,这是因为在老化过程中,同时存在分子链断裂和结晶两个过程,在老化初期,结晶对材料整体的性能影响较大,随着老化程度的深入,分子链断裂数量增多,材料抵抗塑性变形能力发生大幅度下降进而导致材料硬度下降。本文进行了不同老化时间下,纯UHMWPE与UHMWPE/CNF复合材料的单轴拉伸实验,发现UHMWPE/CNF复合材料弹性模量有明显提升,但是抗拉强度和断裂伸长率有所下降。随着老化时间的增加,纯UHMWPE和UHMWPE/CNF复合材料的弹性模量逐渐增大;纯UHMWPE和复合材料的断裂伸长率均随老化时间增加而减小,且复合材料变化更加明显。通过UHMWPE/CNF复合材料的单双轴蠕变-回复实验发现随老化时间的增加,复合材料的总蠕变应变减小,不可恢复的塑性变形占总蠕变应变的百分比增大。本文在Kelvin粘弹性模型和Zapas-Crissman粘塑性模型的基础上提出一种老化程度相关的粘弹塑性模型,发现该模型可较好地描述复合材料老化后的蠕变行为。将得到的老化相关模型推导至多轴应力状态下,并利用老化0,3和5周的双轴实验数据进行验证,证明该模型可以较好的预测复合材料的多轴蠕变行为。本文研究了不同老化时间下UHMWPE/CNF复合材料的双轴疲劳裂纹扩展的实验。发现随着老化时间的增加,UHMWPE/CNF复合材料的疲劳裂纹扩展速率增大,这是由于老化使得复合材料中的微裂纹增多,材料变脆导致的。不同相位差下斜裂纹的疲劳裂纹扩展实验说明,在180°相位差下,老化5周的复合材料的疲劳裂纹扩展速率快于无相位差下的疲劳裂纹扩展速率。这是因为180°相位差下,试样同时进行Ⅰ型和Ⅱ型裂纹扩展。利用MTS准则和Richard公式预测180°相位差下的疲劳裂纹扩展的初始偏转角发现Richard公式的预测结果更加准确。观察疲劳断裂微观形貌发现,断裂面呈现平整和褶皱相间的形貌,且随老化时间的增加,褶皱增多。180°相位差下因Ⅱ型裂纹扩展的挤压摩擦作用,断裂面呈现光滑的镜面状。