Molekularna struktura
Primarna strukturna enota poliakrilonitrilnih (PAN) vlaken je akrilonitril. Kopolimeri akrilonitrila so linearni ogljikovo-verižni polimeri s stranskimi skupinami, kjer je porazdelitev komonomerov vzdolž molekulske verige naključna. Enote akrilonitrila so predvsem povezane na način od glave do repa, z metilensko skupino, ki ločuje ogljikove atome, vezane na nitrilne skupine. Makromolekula PAN ima ogljikovo verižno strukturo z dobro kemijsko stabilnostjo; ima visoko strukturno pravilnost in kompaktno molekularno konfiguracijo. Ciano skupina (–C≡N) znotraj verige je močno polarna skupina; zelo neenakomerna porazdelitev gostote elektronskega oblaka med atomi ogljika in dušika olajša nastanek vodikovi vezi podobnih interakcij in dipol-dipolnih vezi med makromolekulami.
Makromolekule PAN držijo skupaj van der Waalsove sile, interakcije, podobne vodikovi vezi, in dipolne interakcije, kar povzroči močne medmolekulske sile. Ciano skupine na isti makromolekuli se odbijajo zaradi enake polarnosti, medtem ko se tiste na sosednjih makromolekulah privlačijo zaradi nasprotne polarnosti; to povzroči, da molekularna veriga prevzame spiralno konformacijo. Vključitev drugega in tretjega monomera dodatno moti to konformacijo, zaradi česar hrbtenica PAN težko tvori zelo pravilno strukturo.
Supramolekularna struktura
Zaradi interakcij med močno polarnimi ciano skupinami molekularna veriga PAN prevzame vijačno konformacijo, za katero so značilni nepravilni pregibi in zasuki. Pakiranje teh nepravilnih vijačnih verig znotraj vlakna ima za posledico strukturo, ki je bočno dvodimenzionalno urejena, a vzdolžno neurejena – stanje, znano kot parakristalna struktura. Na podlagi stopnje pravilnosti makromolekularne poravnave je supramolekularna struktura kategorizirana v regije visokega, srednjega in nizkega stranskega reda; regije visokega reda se imenujejo parakristalne ali mezomorfne cone.
