胶粘剂和被粘基材的热膨胀系数差异，是导致内应力的最常见的原因。当胶粘剂固化温度和固化后的使用温度不一致时，这种应力需要特别引起注意。一些通用的聚合物胶粘剂和金属基材的热膨胀系数差异，有时会大于一个数量级。这就意味着，当温度变化时，胶体移动的距离是基材的10倍以上，因此在结合处产生内应力。

热膨胀差异导致的内应力是巨大的。举例来说，一个圆环状的聚酰胺-酰亚胺套管，和不锈钢圆形外壳进行粘接（Figure 4）。另外，假设所用胶在125°C固化（如单组分环氧胶），在反应温度时，所有基材和胶化的胶体都处于平衡状态。但反应逐步完成，温度逐渐降到常温，胶体内也开始产生内应力，这是由于聚酰胺-酰亚胺比钢的收缩性更大。在常温下，这些内应力可能很大，但仍不足以导致胶体破坏。我们进一步假设粘接好的材料的使用温度在125°C和-40°C之间变化，在125°C时，热膨胀差异导致的内应力降至0，因为又回到了平衡状态（假设胶体在反应中没有收缩且结合处无其他应力）。事实上，在高于125°C的条件下，由于过盈配合，甚至都没必要用胶粘剂了。但当使用温度降低到-40°C时，热膨胀差异产生的内应力，叠加固化过程中已有的内应力，就极易引发粘接破坏。

一个类似的例子更加明显：测试一款常用的高温固化胶粘剂在不同检测温度下的粘结力数值，如Figure 5。值得注意的是，粘接强度实际上随温度升高增大到最大值，然后进一步升温，但强度下降。这和上面的例子类似，内应力随着测试温度的升高逐渐减小。在某一温度下，内应力完全释放，粘接强度达到最大。这一测试温度通常非常接近固化温度。在更高的测试温度下，其他内应力产生，或由于热分解更加明显，所以粘接强度随着温度升高而降低。

以上的例子可以说明为何检测程序对于粘接强度所施加的影响，可正可负，如Figure 1。当外力作用与内应力中和时，检测的粘结力升高。外力也可以和内应力叠加（如Figure 4中的样板在-40°C下测试），产生的应力足以导致粘接破坏。

不同热膨胀系数对固化过程中产生的内应力的影响前面已有讨论，但是，在结合处的工作寿命中，极易产生热应力。如果粘接处的温度是一致的，薄状刚性粘接的应力可以用以下公式计算：

S=不考虑胶体变形，由于基材和胶体热膨胀系数差异产生的剪切应力；

G=胶体的剪切模量

d=胶体厚度

L=结合面的长度

这些理论计算，是排除了胶体和基材变形后的估算数值，这些变形也可以释放部分应力，则该数值会大于实际应力，因此也偏于保守。对于膨胀后的异位问题，有很多种可能的解决办法。可以使用一种柔韧的胶粘剂，它在温度变化时可以随着基材一起发生形变，从而释放内应力。但这种胶粘剂的一个缺点是可能发生蠕变，而且高变形度的胶粘剂通常内聚强度很低。如果胶粘剂是刚性的（模量大于1,000,000 psi）,由于热膨胀发生异位产生的内应力大于5,000psi也很常见。但是，如果胶粘剂是柔性的（模量在10,000 psi）,内应力将低至几百psi。

另一种方法是调整胶粘剂的热膨胀系数，使其与基材的相当。一般可以通过挑选不同类型的胶粘剂，或者在某种胶粘剂中添加特定填料来满足其热膨胀系数。胶粘剂中可以选用不同类型的填料来改善其热膨胀性能，限制内应力。如果胶体和基材的热膨胀系数相当，那么粘接效果也会相当可靠。

第三种解决办法，是在一个基材，或者两个基材的表面，同时做涂层处理（底涂或偶联剂）。这种物质可以提供一定韧性，或一个折中的热膨胀系数，以帮助减少结合处整体的内应力。