Μοριακή Δομή
Η κύρια δομική μονάδα της ίνας πολυακρυλονιτριλίου (PAN) είναι το ακρυλονιτρίλιο. Τα συμπολυμερή ακρυλονιτριλίου είναι γραμμικά πολυμερή άνθρακα-αλυσίδας με πλευρικές ομάδες, όπου η κατανομή των συμμονομερών κατά μήκος της μοριακής αλυσίδας είναι τυχαία. Οι μονάδες ακρυλονιτριλίου συνδέονται κυρίως με έναν τρόπο από το κεφάλι προς την ουρά, με μια ομάδα μεθυλενίου που διαχωρίζει τα άτομα άνθρακα που συνδέονται με τις ομάδες νιτριλίου. Το μακρομόριο PAN διαθέτει δομή αλυσίδας άνθρακα με καλή χημική σταθερότητα. παρουσιάζει υψηλή δομική κανονικότητα και συμπαγή μοριακή διαμόρφωση. Η κυανό ομάδα (–C≡N) εντός της αλυσίδας είναι μια έντονα πολική ομάδα. Η εξαιρετικά άνιση κατανομή της πυκνότητας του νέφους ηλεκτρονίων μεταξύ των ατόμων άνθρακα και αζώτου διευκολύνει το σχηματισμό αλληλεπιδράσεων που μοιάζουν με δεσμούς υδρογόνου και δεσμών διπόλου-διπόλου μεταξύ μακρομορίων.
Τα μακρομόρια PAN συγκρατούνται μεταξύ τους με δυνάμεις van der Waals, αλληλεπιδράσεις που μοιάζουν με δεσμούς υδρογόνου και αλληλεπιδράσεις διπόλων, με αποτέλεσμα ισχυρές διαμοριακές δυνάμεις. Οι κυανό ομάδες στο ίδιο μακρομόριο απωθούνται η μία την άλλη λόγω της ίδιας πολικότητας, ενώ εκείνες σε γειτονικά μακρομόρια ελκύονται η μία την άλλη λόγω της αντίθετης πολικότητας. Αυτό αναγκάζει τη μοριακή αλυσίδα να υιοθετήσει μια ελικοειδή διαμόρφωση. Η ενσωμάτωση δεύτερου και τρίτου μονομερούς διαταράσσει περαιτέρω αυτή τη διαμόρφωση, καθιστώντας δύσκολο για τη ραχοκοκαλιά PAN να σχηματίσει μια εξαιρετικά κανονική δομή.
Υπερμοριακή Δομή
Λόγω των αλληλεπιδράσεων μεταξύ των ισχυρά πολικών κυανό ομάδων, η μοριακή αλυσίδα PAN υιοθετεί μια ελικοειδή διαμόρφωση που χαρακτηρίζεται από ακανόνιστες συστροφές και συστροφές. Η συσσώρευση αυτών των ακανόνιστων ελικοειδών αλυσίδων μέσα στην ίνα έχει ως αποτέλεσμα μια δομή που είναι πλευρικά δισδιάστατα διατεταγμένη αλλά διαμήκως διαταραγμένη - μια κατάσταση γνωστή ως παρακρυσταλλική δομή. Με βάση τον βαθμό κανονικότητας της μακρομοριακής ευθυγράμμισης, η υπερμοριακή δομή κατηγοριοποιείται σε περιοχές υψηλής, μέσης και χαμηλής πλευρικής τάξης. Οι περιοχές υψηλής τάξης αναφέρονται ως παρακρυσταλλικές ή μεσομορφικές ζώνες.
