Estructura molecular
La unidad estructural principal de la fibra de poliacrilonitrilo (PAN) es el acrilonitrilo. Los copolímeros de acrilonitrilo son polímeros lineales de cadenas de carbonos con grupos laterales, donde la distribución de comonómeros a lo largo de la cadena molecular es aleatoria. Las unidades de acrilonitrilo están unidas principalmente de cabeza a cola, con un grupo metileno que separa los átomos de carbono unidos a los grupos nitrilo. La macromolécula PAN presenta una estructura de cadena de carbono con buena estabilidad química; exhibe una alta regularidad estructural y una configuración molecular compacta. El grupo ciano (–C≡N) dentro de la cadena es un grupo fuertemente polar; La distribución altamente desigual de la densidad de la nube de electrones entre los átomos de carbono y nitrógeno facilita la formación de interacciones similares a enlaces de hidrógeno y enlaces dipolo-dipolo entre macromoléculas.
Las macromoléculas de PAN se mantienen unidas mediante fuerzas de van der Waals, interacciones similares a enlaces de hidrógeno e interacciones dipolares, lo que da como resultado fuertes fuerzas intermoleculares. Los grupos ciano de la misma macromolécula se repelen debido a su polaridad idéntica, mientras que los de macromoléculas adyacentes se atraen debido a su polaridad opuesta; esto hace que la cadena molecular adopte una conformación helicoidal. La incorporación de un segundo y tercer monómero altera aún más esta conformación, lo que dificulta que la columna vertebral de PAN forme una estructura muy regular.
Estructura supramolecular
Debido a las interacciones entre los grupos ciano fuertemente polares, la cadena molecular de PAN adopta una conformación helicoidal caracterizada por torceduras y torceduras irregulares. El empaquetamiento de estas cadenas helicoidales irregulares dentro de la fibra da como resultado una estructura que está ordenada lateralmente en dos dimensiones pero desordenada longitudinalmente, un estado conocido como estructura paracristalina. Según el grado de regularidad de alineación macromolecular, la estructura supramolecular se clasifica en regiones de orden lateral alto, medio y bajo; las regiones de orden superior se denominan zonas paracristalinas o mesomórficas.
