2. Кинетика проникновения герметизируемых сред
Утечка сред в уплотнениях может происходить по механизмам диффузионного проникновения и фазового переноса. Диффузионным проникновением сред определяется работоспособность разделительных уплотнений, а также большинства вакуумных уплотнений всех типов. Фазовый перенос происходит путем истечения сред по зазорам соединений и имеет место в контактных и бесконтактных уплотнениях.
Диффузионное проникновение сред через герметизатор обусловлено тепловым движением атомов или молекул среды, которое способствует выравниванию ее концентрации в объемах, разделенных герметизатором. Поэтому негерметичность вследствие диффузии свойственна всем уплотнениям. Этот процесс происходит в три стадии: сорбция – поглощение среды герметизатором, диффузия – перенос среды, обусловленный выравниванием ее концентрации в герметизаторе, десорбция – выделение среды из герметизирующего материала. Сорбция сред герметизатором происходит преимущественно в форме адсорбции – процесса, приводящего к аномально высокой концентрации среды на поверхности герметизатора с последующим растворением адсорбированных молекул в герметизирующем материале. Схематически процесс диффузионного переноса среды через плоскую мембрану показан на рис. 2.
Рис. 2. Схема проникновения среды через плоскую мембрану: 1–4 –
молекулы среды, адсорбированные на внутренней поверхности мембраны, растворенные в герметизирующем материале, продиффундировавшие к наружной стороне мембраны и вышедшие на наружную поверхность соответственно
молекулы среды, адсорбированные на внутренней поверхности мембраны, растворенные в герметизирующем материале, продиффундировавшие к наружной стороне мембраны и вышедшие на наружную поверхность соответственно
В равновесных условиях скорости сорбции и десорбции, выражаемые массой среды, которая поглощается или выделяется в единицу времени, равны. Преобладание одной стадии над другой происходит при нарушении термодинамического равновесия и может быть вызвано изменениями температуры или давления. Сорбированные молекулы принимают участие в тепловом колебательном движении частиц твердого тела, поэтому при понижении температуры равновесное состояние соответствует большему количеству сорбированной герметизатором среды. Удалению последней из герметизатора способствует повышение температуры. В зависимости от давления газовой среды адсорбированный слой может быть мономолекулярным (т.е. иметь толщину, не превышающую размеров одной молекулы) или полимолекулярным. Последний случай имеет место при достаточно высоких давления или при охлаждении газов до температур, близких к температуре ожижения.
В равновесных условиях диффузионная утечка через перегородку толщиной l пропорциональна градиенту концентрации среды в перегородке:
где x– направление убывания неравномерной концентрации с среды.
При этом уравнение для определения массовой и объемной утечки, соответственно, будет иметь вид:
где S – площадь перегородки, м2; ΔС – градиент концентрации среды в перегородке; 
функция проницаемости, м2/с; α1 и α2 – коэффициенты сорбции и десорбции, м/с; D – коэффициент диффузии, м2/с; q – степень набухания или относительное содержание среды в материале перегородки, определяемое по кинетическим кривым набухания.
функция проницаемости, м2/с; α1 и α2 – коэффициенты сорбции и десорбции, м/с; D – коэффициент диффузии, м2/с; q – степень набухания или относительное содержание среды в материале перегородки, определяемое по кинетическим кривым набухания. Наименьшие диффузионные утечки обеспечивают мембраны из металлов, более проницаемы пластмассы. Самые большие диффузионные утечки имеют место через перегородки из эластомеров и резинотканевых материалов. Лучшие из разделительных уплотнений характеризуются диффузионной утечкой менее 10-14 м3/(м2с).
Истечение сред по зазорам уплотнений происходит по законам гидродинамики. Простейшим случаем фазового переноса в уплотнениях является течение вязкой несжимаемой жидкости в ламинарном режиме. В классической гидродинамике равновесие сил, приложенных к элементарному объему жидкости, может быть выражено в функции скоростей с помощью обобщенного закона Ньютона. Однако решение этой задачи с точки зрения математики является чрезвычайно сложным, и её точные решения возможны только в немногих частных случаях.
Рис. 3. Схема течения жидкости между параллельными стенками
При стационарном течении жидкости между параллельными неподвижными стенками (рис. 3) утечка через зазор определяется по формуле: 
где b, l и δ – геометрические параметры зазора; η – вязкость жидкости; Δp = (p1-p2) – перепад давления в зазоре.
Когда одна из стенок движется с постоянной скоростью, утечка уменьшается или увеличивается в зависимости от направления движения:
Большинство явлений, связанных с течением сред по зазорам соединений, значительно многообразнее и сложнее вышеупомянутых случаев. Поэтому при анализе работы уплотнений широко применяют приближенные численные методы решения уравнения гидродинамики. Многие инженерные расчеты утечки сред основаны на эмпирических зависимостях. Для контактных уплотнений эта проблема усложнена неопределенностью условий истечения сред, возникающей вследствие статистического характера формирования контакта сопряженных деталей. Контактная задача герметологии заключается в установлении формы, размеров и распределения микрозазоров по площади контактирования. Резко выраженная взаимозависимость процессов формирования контакта и переноса сред в микрозазорах затрудняет решение всей проблемы описания герметичности, простейшим частным случаем которого является гидродинамическая задача.